CN101725820A - 片状模塑料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及片状模塑料。具体地，本发明公开了一种片状料(1)，包括：纤维片断(5)和聚合材料基质(6)的第一组密集体(3)，第一组密集体(3)具有随机定向；和纤维片断(5)和聚合材料基质(6)的至少一个第二组密集体(4)，第二组密集体(4)在所述几何平面(P)中使其最大抗拉强度的方向(FR)的主要定向沿着相应的预定方向(FB)，利用除了定向之外的至少一个特征，所述至少一个第二组密集体(4)能够区别于第一组密集体(3)。还公开了用于制造这种材料的一种方法和一种设备以及由这种材料制成的模塑物体。

Description

片状模塑料
技术领域
本发明涉及片状料领域。这种材料在本领域中通常被称作片状模塑料(Sheet Moulding Compounds)。
虽然这种术语可以具有更加限制性的定义，但是在本说明书和所附权利要求书中，根据“片状模塑料”，期望宽广地表示这样一种材料，该材料的一个尺寸比另两个尺寸小得多，包括具有如在下文中更好的指定的、改变的性质的增强纤维和如在下文中更好的指定的至少一种聚合材料基质。换言之，上述的表达既不应该被以限制性的意义解释成包括特殊的纤维、特殊的基质树脂，也不必要求或者反过来地排除填料例如树脂、粘结剂和其它添加剂填料或者具有不同组分的支撑体或者层的存在。
背景技术
模塑料是已知的，并且包括在聚合材料基质中结合的例如碳的结构纤维。
单向或者编织纤维的片状模塑料允许沿着待被模塑的物体的关键方向对于机械强度特征进行良好的控制，但是它们的使用并不允许对模具进行良好的填充。在另一方面，包括疏松纤维的模塑料允许对于模具进行良好的填充，但是并不允许在模塑物体中对于局部纤维密度和它们的定向进行良好的控制。
为了避免这一点，已知模塑料包括纤维片断的密集体，基本上是二维的小片或者三维的小块，在该密集体内通常相互平行地或者还根据编织结构布置所述纤维片断。
具有纤维片断的密集体的料特别地适用于压缩模塑，因为当它们的聚合材料基质在粘结性状态中时，它们和它们的纤维片断能够在模具中流动，从而即使在复杂形状的情形中也改进了模具填充。密集体的形状和尺寸是根据待被制成的小块的形状和尺寸选择的，从而允许对于纤维方向并且因此沿着各种方向的机械强度特征进行合理的控制。
EP 0 916 477 A1公开了一种形式为三维杆的模塑料，其中能够根据一个或者多个优选方向定向单向纤维的小片。申请人观察到，由于小片的三维流动，从这种料获得的表面整饰是非常不良的，因为它遭受分层。申请人还观察到，在实践中难以实现对于小片的三维定向的控制。而且，由于它们是流动的，使得在模塑期间开始的纤维定向是徒劳的，因此获得了不具有确定的机械特征的模塑构件。
EP 0 415 436 A1公开了一种包括在薄片平面中随机地布置的或者可替代地基本沿着相同方向布置的单向纤维的小片的片状模塑料。
WO 2004/030906 A1公开了一种包括根据穿插层布置的单向纤维小片的片状模塑料。根据该文献，待被模塑的物体能够包括具有在它的表面之上随机分布的具有一定形状和尺寸范围的小片，或者具有特定形状或者尺寸的小片可以在该物体上的具体位置处定位或者定向，从而提供具有特殊强度特征的局部区域，例如局部各向异性。申请人观察到，根据该文献的教示制造模塑物体是特别麻烦的，因为有必要准确地控制各向异性区域的位置并且这种位置能够由于小片的流动而被改变，因此危及获得预期机械特征的能力。
因此，仍然需要这样一种片状模塑料，它允许简单地制成具有良好机械特征的模塑物体。
发明内容
具体地，作为本发明基础的技术问题在于提供一种片状模塑料，它允许即使在复杂形状的情形中也对于模具进行良好的填充，并且沿着每一个方向提供充分的机械抗拉强度特征。
在其第一方面，本发明涉及一种片状料，该片状料具有限定几何平面的宽度和长度以及与该宽度和该长度相比微不足道的厚度，包括：
-纤维片断和聚合材料基质的第一组密集体，第一组密集体在所述几何平面中使其最大抗拉强度的方向随机定向，和
-纤维片断和聚合材料基质的至少一个第二组密集体，第二组密集体在所述几何平面中使其最大抗拉强度的方向的主要定向沿着相应的预定方向，
利用除了定向之外的至少一个特征，所述至少一个第二组密集体能够区别于第一组密集体。
在本说明中并且在所附权利要求中，术语“宽度和长度”不应该在限制性的意义上被理解成排除正方形形状的片状料，但是它优选地是矩形的并且进一步更加优选地形式为可卷带。
在本说明中并且在所附权利要求中，根据“主要定向”，旨在表示第二组密集体均被如此定向(除制造公差之外)，使得它们的最大抗拉强度的方向根据相对于预定方向落入预定角度范围内的方向延伸。该预定角度范围优选地是±40°，进一步更加优选地是±30°。
由于该密集体结构，本发明的片状模塑料允许模具具有良好的填充程度。第一组密集体为本发明的片状模塑料在片状模塑料的平面中沿着任何方向提供非零机械抗拉强度。在另一方面，第二组密集体为本发明的片状模塑料沿着主要定向的方向提供高的机械抗拉强度。本发明的片状模塑料因此特别地适用于制造经受主要定向载荷的模塑物体，因为申请人已经认识到，在这种物体中，在其它方向中也仍然需要最小的和确定的强度，因为主要负载通常还沿着其它方向分划成较小分量。而且，本发明的片状模塑料特别地适用于制造模塑物体，因为在这种物体中，当被投入使用时，产生在设计时未被预知的局部张力集中，设计通常以简化方式仅仅考虑理论的标称载荷。
密集体能够包括编织纤维，但是优选地密集体包括相互平行的纤维片断，因为申请人已经认识到，这种密集体构造允许更大地模具填充。
优选地，与第一组密集体相比，第二组密集体的所述至少一个区别性特征选自以下的组，该组包括：
-纤维的性质，
-密集体的形状，
-密集体的尺寸，
-纤维片断在密集体内的布置，和
-第一组密集体和第二组密集体被布置在平行于几何平面的不同的层中的事实。
优选地，第一组密集体的密度大于并且进一步更加优选地是第二组密集体的密度的两倍。
如所述那样，第一和第二组密集体能够被布置在叠置的层中，即在第一组密集体和第二组密集体之间存在分离平面，但是优选地是第一和第二组密集体被布置在穿插层中。
密集体能够是小的三维小块，但是优选地它们是基本上二维的。
密集体能够具有任何形状，但是优选地它们是矩形的。
优选地，第一组包括比较短的密集体并且第二组包括比较长的密集体。
在本说明书中并且在所附权利要求书中，应该期望表示数量、参数、百分比等等的所有的数值量在所有的情况中均前置术语“大约”，除非以其它方式表示。而且，所有的数值量范围包括最大和最小数值的所有的可能组合和所有可能的中间范围，除了此后被具体表示的那些。
优选地，第一组密集体具有小于或者等于6.5、更加优选地小于或者等于5的长度/宽度比率。
优选地，第二组密集体具有小于或者等于20、更加优选地小于或者等于12.5的长度/宽度比率。
优选地，第一组密集体具有在0.5-110mm、更加优选地0.5-50mm、进一步更加优选地30-45mm范围内的长度。
优选地，第二组密集体具有在30-150mm、更加优选地100-150mm、进一步更加优选地105-120mm范围内的长度。
优选地，密集体的宽度在2-50mm、更加优选地5-20mm、进一步更加优选地6-10mm范围内。
优选地，该片状模塑料进一步包括纤维片断和聚合材料基质的第三组密集体，第三组密集体在所述几何平面中使其最大抗拉强度方向随机地定向并且能够通过除了定向之外的至少一个特征而区别于第一组密集体。
优选地，第三组密集体具有小于或者等于2、更加优选地等于1的长度/宽度比率。
优选地，第三组密集体具有在2-40mm、更加优选地6-10mm范围内的长度和宽度。
在第二方面，本发明涉及一种利用根据已经概述的片状模塑料模塑的物体。
优选地，该模塑的物体具有细长形状，并且所述第二组密集体根据所述物体的纵向方向使其最大抗拉强度的方向被主要定向。
优选地，该模塑物体是一种自行车构件。
更加优选地，该模塑物体是曲柄。
在第三方面，本发明涉及一种用于制造片状模塑料的方法，包括以下步骤：
a)提供包括纤维和聚合材料基质的至少一种基础材料，
b)从所述至少一种基础材料切割第一组密集体和至少一个第二组密集体，和
c)在平面上布置第一组密集体，使其最大抗拉强度方向具有随机定向，并且布置所述至少一个第二组密集体，使其最大抗拉强度方向的主要定向沿着相应的预定方向。
优选地，所述步骤a)包括提供至少一个包括单向纤维和聚合材料基质的基础材料薄片。
优选地，该方法进一步包括以下步骤：
d)从所述至少一个基础材料薄片切割第三组密集体，和
e)随机地布置第三组密集体。
有利地，该方法进一步包括在切割步骤b)之前冷却基础材料直至粘性基本消失的步骤。
优选地，所述冷却步骤包括冷却至温度T≤0℃、更加优选地T≤-10℃，并且进一步更加优选地T≤-15℃。
该方法能够进一步包括在切割步骤b)之前从基础材料拆离支撑薄片的步骤。
为了消除可能已经积聚的过量潮气，该方法能够进一步包括干燥密集体布置的步骤。
该方法能够进一步包括将至少一个另外的层层压到密集体布置的步骤。
优选地，在层压步骤中，所述至少一个另外的层选自以下的组，该组包括单向纤维材料和聚合材料基质的层，和，优选地与密集体基质的聚合材料相同的聚合材料的层。
该方法优选地进一步包括向密集体布置施加压力以将密集体一起地压实至预定厚度的步骤。
优选地，施加压力的所述步骤包括另外地施加热量。
该方法优选地进一步包括在边缘处纵向地切割片状模塑料的步骤。
该方法优选地进一步包括卷起该片状模塑料以进行存储的步骤。
可替代地，该方法进一步包括横向地切割片状模塑料以获得能够被成堆地存储的片状模塑料薄片的步骤。
为了防止聚合材料基质的过早固化，该方法优选地进一步包括将密集体布置冷却至低于室温的温度的步骤。
优选地，切割步骤b)包括首先进行纵向切割从而提供条带并且对条带进行横向切割以获得所述密集体。
更加优选地，切割步骤b)包括首先进行纵向切割从而提供条带，并且在分别地距条带的当前自由的端部第一和第二距离处分别地对条带循环地进行第二和第三横向切割以分别地获得所述第一和第二组密集体。
进一步更加优选地，在所述切割步骤b)中，所述第一距离比所述第二距离更短。
优选地，在所述切割步骤b)中，每一个循环在所述第一距离处进行两次切割并且在所述第二距离处进行一次切割。
有利地，所述布置步骤c)包括：使得所述密集体从至少一个降落高度降落到平面上且到可移动支撑件上。
优选地，该方法还提供调节降落高度的步骤。
优选地，该方法进一步提供调节可移动支撑件的运动速度的步骤。
在其第四方面，本发明涉及一种用于制造片状模塑料的设备，包括：
-用于进给包括纤维和聚合材料基质的至少一种基础材料的站，
-被布置成将所述至少一种基础材料切割成至少第一组密集体和第二组密集体的切割站，
-在切割站下面处于降落高度处的至少一个可移动平面，
所述切割站和所述至少一个可移动平面被配置为将第一组密集体和所述至少一个第二组密集体布置到所述至少一个可移动平面上，使第一组密集体的最大抗拉强度方向随机地定向并且使第二组密集体的最大抗拉强度方向的主要定向沿着相应的预定方向。
优选地，所述切割站包括多个第一刀刃和至少一个第二刀刃，所述多个第一刀刃用于首先对基础材料进行切割从而提供条带，所述至少一个第二刀刃用于在分别地距条带的当前自由的端部第一和第二距离处分别地循环地对该条带进行第二和第三横向切割以分别地获得第一和第二组所述密集体。
优选地，所述第二刀刃被控制为在比所述第二距离更短的第一距离处进行所述第二横向切割。
更加优选地，所述第二刀刃被控制为形成切割循环，每一个循环包括在所述第一距离处进行两次切割和在所述第二距离处进行一次切割。
而且，优选地，所述至少一个可移动平面包括布置在切割站下面第一降落高度处的第一传送带，和布置在第一传送带下面第二降落高度处的第二传送带。
优选地，第一降落高度小于或者等于100cm。
而且，优选地，第二降落高度在5和50cm之间。
为了改变降落高度，优选地在设备中的可调节高度处支撑所述第一传送带。
更加优选地，在设备中利用可调节斜坡支撑所述第一传送带。
而且，优选地，所述至少一个传送带的速度是可调节的。
所述至少一个传送带能够进一步是能够利用往复运动移动的。
该设备能够进一步在所述切割站的上游包括冷却站。
优选地，所述冷却站被布置成冷却至温度T≤0℃、更加优选地T≤-10℃，并且进一步更加优选地T≤-15℃。
优选地，所述设备进一步包括干燥器。
一般地，所述设备进一步包括砑光机。
而且，一般地，所述砑光机被加热。
该设备能够进一步包括将至少一个另外的层层压到所述密集体布置上的层压站。
该设备能够进一步包括用于控制利用密集体填充所述平面的装置。
优选地，该控制装置包括横向于所述至少一个可移动平面布置的光电池阵列和/或测压元件阵列。
一般地，该设备进一步包括精加工站，其中片状模塑料的纵向边缘被切割并且它有可能被按照尺寸切割。
附图说明
参考附图，根据它的一些优选实施例的以下详细说明，本发明进一步的特征和优点可以变得更加清楚。在图中：
图1示出根据本发明的片状模塑料，
图2示出图1的材料的构成密集体，
图3到5示出图1材料的可替代的构成密集体，
图6在平面视图中示出根据本发明第一实施例的片状模塑料的细节，
图7是通过图2的材料的纵向截面视图，
图8在平面视图中示出根据本发明第二实施例的片状模塑料，
图9是通过图8的材料的纵向截面视图，
图10示出根据本发明第三实施例的片状模塑料，
图11是通过图10的材料的纵向截面视图，
图12和13是涉及用于制造根据本发明的材料的方法的流程图，
图14概略地示出用于制造根据本发明的材料的设备，
图15是利用根据本发明的材料模塑的自行车构件的透视图，以及
图16是图15的构件的部分截面透视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的片状模塑料1。
在图1所示实施例中，片状模塑料1具有离散薄片的形式，具有长度L和宽度W。然而形式为连续带的片状模塑料也在本发明的范围内。而且，宽度W和长度L的尺寸是平均尺寸，因为，如在下文中可以更好地理解地，除非它们被切割，否则片状模塑料的边缘并不是整齐的边缘。
虽然片状模塑料1具有有限厚度T，但是与宽度W和长度L尺寸相比，这种厚度T具有微不足道的尺寸，因此在下文中将简要地对于片状模塑料1的平面P进行参考，平面P指的是由宽度W和长度L限定的几何平面。例如，厚度T能够在0.5和5mm之间，而宽度W能够在100和1000mm之间。
片状模塑料1包括多个密集体2。每一个密集体2包括结构纤维片断和聚合材料基质。
参考图2，每一个密集体2优选地具有平坦的形状并且包括基本单向地布置并且在聚合材料基质6中嵌入的结构纤维的片断5。
然而，每一个密集体2能够是三维的，例如具有柱形或者平行六面体或者立方形状，包括几层单向纤维的片断并且有可能还包括非平行的纤维片断。尽管如此，本申请人已经观察到基本平坦的密集体2促进了与具有复杂形状的模具的匹配。
仍然可替代地，每一个密集体2能够由双轴类型的即包括经向纤维片断和纬向纤维片断的或者多轴类型的即纤维平行于多于两个轴布置的编织纤维制成。
结构纤维优选地选自以下的组，该组包括碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酸胺纤维、陶瓷纤维、硼纤维及其组合。碳纤维是特别优选的。
密集体2的聚合基质材料优选地是热固性的，并且更加优选地包括环氧树脂。环氧树脂优选地处于部分固化状态中。然而，其中相邻密集体的基质通过熔化和再固化而被结合到一起的热塑性类型的聚合基质材料是在本发明的范围内的。
如在图2中所示，密集体2优选地是矩形的或者特别地是正方形形状。
然而，密集体2可以不具有矩形形状。仅仅举例来说，在图3到5中，示出一些形状，如矩形或者正方形形状那样，这些形状具有能够通过多次切割而从单向或者编织纤维和聚合基质材料的薄片获得而不存在材料浪费的优点。
参考图2、6和7，根据本发明第一实施例的片状模塑料1包括第一组密集体3和第二组密集体4。
第一组密集体3和第二组密集体4具有相同的矩形形状，但是它们在长度方面不同，该长度在单向纤维的情形中与它们的片断5的长度相一致。第一组密集体3比第二组密集体4短。
第一组密集体3具有优选地在0.5-110mm、更加优选地0.5-50mm、进一步更加优选地30-45mm范围内的长度L3。
在另一方面，第二组密集体4具有优选地在30-150mm、更加优选地100-150mm、进一步更加优选地105-120mm范围内的长度L4。
优选地，密集体3和4的宽度W3和W4是相同的，并且在2-50mm、更加优选地5-20mm、进一步更加优选地6-10mm范围内。
在长度和宽度之间的比率方面，关于第一组密集体3，这个比率优选地是L3/W3≤6.5、更加优选地L3/W3≤5，而关于密集体4，优选地L4/W4≤20、更加优选地L4/W4≤12.5。
第一组密集体3和第二组密集体4在片状模塑料1的平面中具有不同的布置。
第一组密集体3具有基本随机的定向。
由于它们在片状模塑料1的平面中的随机分布，第一组密集体3沿着片状模塑料1的平面P的每一个方向在全局上提供特定的机械抗拉强度，该抗拉强度是比较低的但是不可忽略。
在另一方面，第二组密集体4使得它们的最大抗拉强度方向FR的主要定向沿着方向FB，即它们被如此定向，使得它们的方向FR是根据相对于方向FB落入预定角度范围±α内的方向的。预定角度范围±α优选地是±40°，进一步更加优选地±30°。应该理解，在实践中，为数不多的第二组密集体4可以并不落入预定角度范围±α内，而不因此偏离本发明的保护范围。
在单向纤维的情形中，最大抗拉强度的方向FR根据纤维的方向延伸，在图2到5所示情形中，该方向与片状模塑料1的长度方向L相一致。
在编织纤维的情形中，最大抗拉强度的方向FR除了依赖于密集体的切割还依赖于编织类型。每一个密集体还能够具有多于一个的最大抗拉强度方向FR。在此情形中，根据本发明，第二组密集体4将主要根据方向FB定向这种最大强度方向之一，并且随后主要根据第二方向定向另一-或者相互-最大抗拉强度方向。
由于它们的主要在片状模塑料1的平面中定向的分布，第二组密集体4在全局上沿着优选地沿着片状模塑料1的长度方向L延伸的方向FB提供高的机械强度，并且，根据角度范围±α的幅度，还有助于沿着垂直于方向FB并且优选地沿着片状模塑料1的宽度方向W延伸的方向FS提供特定的机械强度。
因此，图6的片状模塑料1在总体上是各向异性的并且沿着方向FB具有高的机械抗拉强度，而且还沿着方向FS具有良好的机械抗拉强度。
与第一组密集体3相比，虽然第二组密集体4的更大的长度进一步促进了所获得的各向异性，但是这两组的密集体3、4能够具有相同的长度。
关于在尺寸L3、W3和L4、W4方面的区别，可替代地或者另外地，该两组密集体3、4能够通过一个或者多个其它性质而能够得以区分。具体地，密集体3、4能够通过纤维的性质而能够得以区分：例如密集体3能够包括碳纤维而密集体4能够包括玻璃纤维，或者反过来也可以。此外，密集体3、4能够通过形状(在矩形形状和图3到5所示的形状以及其它形状之间)而能够得以区分。此外，密集体3、4能够通过在它们内的纤维片断布置而能够得以区分：例如密集体3能够包括编织纤维而密集体4能够包括单向纤维，或者反过来也可以。
而且，密集体3和4能够通过密度而能够得以区分。优选地，如在图6和7中所示，第一组密集体3的密度大于第二组密集体4的密度，进一步更加优选地第一组密集体3的密度是第二组密集体4的密度的两倍。
假设密集体3、4在固化曲线方面一致并且能够共同成网状(co-reticulating)，则密集体3、4还能够通过聚合基质材料的性质而能够得以区分。
参考图7，应该指出，第一和第二组密集体3和4是根据穿插层布置的，即在第一组密集体3和第二组密集体4之间无任何分离平面，并且它们基本上形成单层。这种布置具有进一步的优点，即，在利用本发明的片状模塑料1模塑的物体中提供了良好的分层阻力。
然而，利用根据图8和9所示的本发明实施例的片状模塑料1，还沿着每一个方向获得了与良好的强度相耦合的优良的各向异性特征。这种实施例不同于在以上详述的那一个实施例之处在于，第一和第二组密集体3和4是根据叠置层布置的，即在第一组密集体3和第二组密集体4之间存在分离平面。在此情形中，该两个组的密集体3和4能够是相同的，除了通过定向以外，仅仅能够通过它们所属平面而被区分。如根据在下文中对制造方法的说明所理解的那样，这个实施例的优点在于在制造它时更加简单。
图10和11示出根据本发明另一实施例的片状模塑料1。除了密集体3和4(参考上述实施例论述的内容适用于这些密集体3和4)，片状模塑料1包括基本上随机布置的第三组密集体12。还参考图2，第三组密集体12优选地包括单向纤维并且优选地具有基本正方形的形状，即它们具有L12/W12≤2、更加优选地L12/W12＝1的纵横比。具体地，第三组密集体12具有优选地在2-40mm、更加优选地6-10mm范围内的长度L12和宽度W12。
同样关于这三组密集体3、4、12，沿着方向FB的抗拉强度保持不同于沿着方向FS的抗拉强度并且特别地是沿着方向FB的抗拉强度大于沿着方向FS的抗拉强度，即便它们的比率改变。
本申请人已经观察到，密集体的形状变得越接近正方形，则在片状模塑料1的平面中随机地布置它们更加简单，因为甚至通过简单地将它们插入搅拌器中或者使得它们从特定的预定高度降落，它们将被以特定定向在平面中布置的可能性便等于任何其它定向的可能性。反过来，如将在下文中解释地，密集体越细长，则越容易以定向的方式布置它们。
按照未示出的根据本发明的片状模塑料1的其它实施例，能够存在一个或者多个另外的密集体组，主要根据不同于第二组密集体4的主要定向方向FS的相应方向定向它们的最大强度方向FR。这种片状模塑料1具有带有两个或者更多的高机械抗拉强度方向的各向异性特征，而仍然沿着每一个方向具有良好的机械抗拉强度。
图12示意涉及用于制造根据本发明的片状模塑料1的方法的流程图。该方法包括提供包括单向(或者编织)纤维和聚合材料基质的基础材料的至少一个薄片的第一步骤30。基础材料的薄片处于如下状态中：它基本上具有零粘性，或者在任何情形中例如允许进行切割。粘性指的是聚合基质材料的允许基础材料薄片附着到自身或者附着到其它物体的粘结性。粘性与聚合基质材料的粘度成反比，它能够在化学上利用增粘剂诱发并且它存在于高于玻璃转化温度的温度下。
该方法然后包括切割所述至少一个基础材料薄片从而形成第一和第二组密集体3、4并且有可能第三组密集体12或者另外组的密集体的步骤32。在密集体仅仅形状和/或尺寸不同的情形中，它们能够被从同一基础材料薄片切割，而在密集体在纤维性质方面或者在纤维布置方面不同的情形中，它们可以被从相应的基础材料薄片切割。
该方法然后包括步骤34，即，如此随机地布置第一组密集体3和第二组密集体4，使得它们的最大抗拉强度方向FR的主要定向沿着方向FB，即使得该定向沿着方向FB并且在它的角度范围±α内，以及有可能如此布置第三组密集体12，使得它们的最大抗拉强度方向FR具有随机定向，和/或一个或者多个另外的组的密集体，使得它们的最大抗拉强度方向FR的主要定向沿着不同于方向FB的相应的方向，以获得本发明的片状模塑料1。
图13示意涉及用于制造根据本发明的片状模塑料1的方法的更加详细的流程图，为了简要起见仅仅参考两组密集体3、4的情形描述，这些密集体3、4仅仅在形状和/或尺寸方面不同，能够被从同一基础材料薄片切割。本领域技术人员可以容易地理解在密集体被从不同的基础材料薄片切割的情形中对于该方法作出的改变，如在密集体在纤维性质方面或者在纤维布置方面不同的情形中，以及在更多组数的密集体的情形中。
该方法包括步骤40，即，提供包括单向(或者编织)纤维和聚合材料基质的基础材料的薄片，该薄片在室温下具有粘性并且被支撑到例如由硅纸构成的支撑薄片上。优选地，基础材料薄片的基质包括处于部分固化状态中的至少一种环氧树脂。
在随后的步骤42中，支撑薄片被从基础材料拆离。
随后的步骤44提供对于基础材料薄片的冷却，直至粘性基本上消失。
随后的步骤46提供根据第一和第二组密集体3、4的形状和尺寸以及它们的理想数值比率对于基础材料薄片进行切割。
随后的步骤48提供随机地布置第一组密集体3并且如此布置第二组密集体4，使得它们的最大强度方向FR的主要定向沿着方向FS。
然后该方法优选地但是并不是必要地提供干燥密集体3、4的布置以消除可能已经积聚的过量潮气的步骤50。
在可选的步骤52中，例如单向纤维和聚合材料基质材料或者仅仅优选地与密集体3、4的基质聚合材料相同的聚合材料的一个或者多个另外的层被置于密集体3、4的布置之上。
在随后的步骤54中，例如利用已被加热的砑光机将压力施加到密集体3、4的布置以及可能的另外的层，以将密集体3、4压实到一起并且获得所期厚度T。
一旦步骤54已经完成，片状模塑料1的密集体3、4的布置便处于室温下，其中它具有粘性。
还能够提供步骤56，即在边缘处进行纵向切割以获得边缘整齐的片状模塑料1，并且有可能进行横向切割以获得具有预定长度L的薄片。为了使得在这个步骤中更加易于切割，能够使用已被冷却的刀刃或者如果有必要片状模塑料1能够被冷却。
优选地在低于室温的温度下冷却以防止聚合基质材料过早固化，然后能够以具有预定长度L的薄片叠层的形式或者以卷的形式存储片状模塑料1。
图14概略地示出用于制造根据本发明的片状模塑料1的设备60。也为了简洁起见，参考能够被从同一基础材料薄片切割的、仅仅在形状和/或尺寸方面不同的仅仅两组密集体3、4的情形描述了设备60。本领域技术人员可以容易地理解在密集体被从不同的基础材料薄片切割的情形中对于该方法作出的改变，如在密集体在纤维性质方面或者在纤维布置方面不同的情形中，以及在更多组数的密集体的情形中。
所述设备60包括基础材料薄片62的解卷辊子61，该基础材料薄片62在聚合材料62的基质中包括单向或者编织纤维。基础材料薄片62在被从解卷辊子61解卷之前，被支撑到硅纸支撑薄片63上，并且在室温下具有粘性。薄片62和63是分开的，从而仅仅基础材料薄片62沿着设备前进、行进到缓冲站64中。在缓冲站64中，基础材料薄片62被布置成盘圈，以在改变解卷辊子61期间保证最小的可加工数量。
在缓冲站64的输出处，基础材料薄片62行进到冷却站65中，在此处它被冷却直至聚合基质材料的粘性被基本上消除，或者至少直至使得粘性足够得低以允许切割基础材料薄片62。优选地，基础材料薄片62被冷却至温度T≤0℃、更加优选地T≤-10℃，并且进一步更加优选地T≤-15℃。
已被冷却的基础材料薄片62行进到切割站66中，在此处它优选地被保持在竖直位置中以经历优选地沿着纵向方向的第一切割从而形成基础材料条带。在单向纤维的情形中，第一切割的方向优选地平行于纤维的方向并且在切割之间的距离等于密集体3、4的宽度W3、W4。以此方式，密集体3、4的最大抗拉强度的方向FR与密集体3、4的长度方向相一致。
在切割站66中，条带循环地在距它们的当前自由的端部等于长度L3的距离处经历第二横向切割以获得第一组密集体3，或者，分别地，在距它们的当前自由的端部等于长度L4的距离处经历第三横向切割以获得第二组密集体4。
优选地，在站66中的切割循环中，随用于获得具有所要求的长度L4的第二组密集体4的第三横向切割之后，进行两次第二横向切割以获得具有所要求的长度L3的第三组密集体3。以此方式，与第二组密集体4相比，获得了两倍数目的第一组密集体3。
相对于第一切割倾斜的第二和第三切割能够被用于获得长斜方形的密集体(图3)，或者成形切口能够被用于获得具有其它形状的密集体，例如图4和5所示的那些形状。
两个组的密集体3和4从预定高度H1、优选地从小于或者等于100cm的高度H1自由地降落到第一传送带67上。在自由降落中，并且分别地通过它们的长度L3、L4的效果，第一组密集体3被基本上随机地布置，而更长的、第二组密集体4并不具有足以变得在每一个方向中定向的时间并且保持它们的长度方向L4的主要定向，即它们的最大抗拉强度方向FR沿着预定方向FS。
相对于第一传送带67，预定方向FS在一侧由第一切割方向、在另一侧由在基础材料带62和第一传送带67之间的相对定向确定。在所示意的情形中，即基础材料的第一纵向切割和第一传送带67的滑动方向垂直于切割站66中的基础材料带62，预定方向FS对应于第一传送带67的纵向方向。
本申请人已经观察到，从切割站66到第一传送带67的降落高度H1越低，则密集体4在第一传送带67上的主要定向程度越高，即，围绕预定方向FB的角度范围±α越低。
第一传送带67将密集体3和4送至优选地在5和50cm之间的第二降落高度H2，第一传送带67从此处使得它们降落到第二传送带68上。
为了允许调节第一和/或第二降落高度H1、H2，第一传送带67优选地被与可调节斜坡铰接，并且有可能能够相对于切割站66水平地平移。可替代地，第一传送带67能够是水平的并且被支撑在在切割站66的出口和第二传送带68之间的可调节高度处，例如被支撑在竖直轨道上。
第二传送带68优选地具有比第一传送带67更慢的速度，从而密集体3、4具有被置于穿插层(图7)中的时间，从而形成基本上无孔的片状模塑料1。
也相对于基础材料62进给到切割站66中的速度对于第一和/或第二传送带67、68的速度的调节，还允许片状模塑料1的厚度T得以调节。
对于传送带67、68的不同速度而言，可替代地或者另外地，能够规定第一传送带67和第二传送带68中的任一个是能够利用往复运动进行移动的，从而将密集体置于几个层中。
为了促进第一和第二组密集体3和4的层的穿插，切割站66能够平行地切割相同基础材料的或者不同基础材料的不同的带。
还应该理解，在此情形中和/或提供了能够利用往复运动移动的传送带68，第一传送带67能够被省略。
而且，如果在形状和尺寸相等时，第一组密集体3由比第二组密集体4更轻的纤维制成，则能够获得根据两种不同定向的布置。
此外，如果在形状、尺寸和重量相等时，使得第一组密集体3从比第二组密集体4更高的高度处降落，则能够获得根据两种不同定向的布置。
设备60能够包括用于检查孔即不含密集体3、4的区域，或者至少大于预定的最大尺寸的孔的存在的装置69。这种装置69能够例如包括横向于第二传送带68布置的光电池阵列和/或测压元件阵列。
在存在大于预定的最大尺寸的孔的情形中，检查装置69能够控制第一和/或第二传送带67、68的运动速度和/或方向，或者中断生产、启动报警、控制用于例如通过涂抹标记待被废弃的材料部分的站等。
一旦它已经接收到具有所期密度的密集体3、4，第二传送带68便进入干燥器70中，在此处过量潮气得以消除。
在干燥器70的出口处，布置已被加热的砑光机72，砑光机72将小片压实到一起并且设置所得片状模塑料1的厚度T。
所得片状模塑料1然后在缠绕站73中被缠绕到缠绕辊子上。
在干燥器70和已被加热的砑光机72之间能够存在站71，站71用于置放例如单向纤维和聚合材料基质材料或者仅仅优选地与密集体3、4的基质聚合材料相同的聚合材料的另外的层。
在已被加热的砑光机72和缠绕站73之间还能够存在被布置成在片状模塑料1的边缘处进行纵向切割的精加工站(未示出)。
精加工站还能够被布置成进行横向切割以获得具有预定长度L的薄片，在此情形中，缠绕站73被已被叠置的薄片的收集站替代。
由于残余的粘性，优选地这种精加工站将使用已被冷却的刀刃或者片状模塑料1的局部冷却装置。
图15示出通过利用本发明的片状模塑料1模塑获得的一种具有细长形状的物体，在这个特殊情形中是自行车曲柄80。通过布置片状模塑料1的几个层从而片状模塑料1的方向FB对应于曲柄80的纵向方向而制成曲柄80，该纵向方向是曲柄80的最大拉伸应力方向。沿着这种纵向方向，由于第二组密集体4，曲柄80的机械抗拉强度特别地高。然而机械抗拉强度沿着曲柄80的中间平面的所有方向都是良好的，因为由于第一组密集体3，沿着曲柄80的横向方向FS的最小机械强度不是零。
为了进一步改进曲柄80的机械特征，片状模塑料1还能够优选地围绕核芯在模具中被布置成卷。在此情形中，如在图16中所示，片状模塑料1的平面的旋转还沿着曲柄80的横向平面的所有方向提供良好的强度。
为了降低曲柄80的重量，该核芯优选地是能够被移除的从而形成具有空腔81的曲柄80。
本发明还能够作为在其它自行车构件包括用于换挡装置、轮缘、框架元件、控制杆等的构件中使用的合成材料层之一具有特别有利的应用。
本发明在所有的材料应用领域中在任何情形中均具有有利的应用。

Claims (26)

1.一种片状料(1)，具有限定几何平面(P)的宽度(W)和长度(L)以及与宽度(W)和长度(L)相比微不足道的厚度(T)，该片状料(1)包括：
-纤维片断(5)和聚合材料基质(6)的第一组密集体(3)，第一组密集体(3)在所述几何平面(P)中使其最大抗拉强度的方向(FR)随机定向，和
-纤维片断(5)和聚合材料基质(6)的至少一个第二组密集体(4)，所述第二组密集体(4)在所述几何平面(P)中使其最大抗拉强度的方向(FR)的主要定向沿着相应的预定方向(FB)，
利用除了定向之外的至少一个特征，所述至少一个第二组密集体(4)能够区别于所述第一组密集体(3)。
2.根据权利要求1所述的片状料(1)，其中所述密集体(3，4)包括相互平行的纤维片断(5)。
3.根据权利要求1或者2所述的片状料(1)，其中与所述第一组密集体(3)相比，所述第二组密集体(4)的所述至少一个区别性特征选自以下的组，该组由以下构成：
-纤维(5)的性质，
-密集体(3，4)的形状，
-密集体(3，4)的尺寸，
-纤维片断(5)在密集体(3，4)内的布置，和
-所述第一组密集体(3)和第二组密集体(4)被布置在平行于所述几何平面(P)的不同层中的事实。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的片状料(1)，其中所述第一组密集体(3)的密度大于所述第二组密集体(4)的密度。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的片状料(1)，其中所述第一组密集体和第二组密集体(3，4)在穿插层中布置。
6.根据权利要求1所述的片状料(1)，其中所述密集体(3，4)是基本二维的且是矩形的。
7.根据权利要求1所述的片状料(1)，其中所述第一组包括较短的密集体(3)，并且所述第二组包括较长的密集体(4)。
8.根据权利要求1所述的片状料(1)，其中所述第一组密集体(3)具有小于或者等于6.5的长度/宽度比率(L3/W3)，并且所述第二组密集体(4)具有小于或者等于20的长度/宽度比率(L4/W4)。
9.根据权利要求1所述的片状料(1)，其中所述第一组密集体(3)具有在0.5-110mm范围内的长度(L3)，并且所述第二组密集体(4)具有在30-150mm范围内的长度(L4)。
10.根据权利要求1所述的片状料(1)，其中所述密集体(3，4)的宽度在2-50mm范围内。
11.根据权利要求1所述的片状料(1)，其中所述片状料(1)进一步包括纤维片断(5)和聚合材料基质(6)的第三组密集体(12)，所述第三组密集体(12)在所述几何平面(P)中使其最大抗拉强度的方向(FR)随机定向，并且能够通过除了定向之外的至少一个特征而区别于所述第一组密集体(3)，所述第三组密集体(12)具有等于1的长度/宽度比率(L12/W12)。
12.一种由根据权利要求1-21之一所述的片状模塑料(1)模塑的物体(80)，所述模塑的物体(80)具有细长形状，所述第二组密集体(4)根据所述模塑的物体(80)的纵向方向使其最大抗拉强度的方向(FR)被主要定向。
13.根据权利要求12所述的模塑的物体(80)，其特征在于所述模塑的物体是自行车曲柄(80)。
14.一种用于制造片状模塑料(1)的方法，包括以下步骤：
a)提供(30，40)包括纤维和聚合材料基质的至少一种基础材料，
b)从所述至少一种基础材料切割(32，46)第一组密集体(3)和至少一个第二组密集体(4)，和
c)在平面(P)上以随机定向来布置(34，48)所述第一组密集体(3)，并且布置所述至少一个第二组密集体(4)，使其最大抗拉强度的方向(FR)的主要定向沿着相应的预定方向(FB)。
15.根据权利要求14所述的方法，特征在于所述步骤a)包括提供至少一个包括单向纤维和聚合材料基质的基础材料薄片。
16.根据权利要求14或者15所述的方法，进一步包括以下步骤：
d)从所述至少一个基础材料薄片切割(32，46)第三组密集体(12)，和
e)随机地布置(34，48)所述第三组密集体(12)。
17.根据权利要求14-16之一所述的方法，其中切割步骤b)包括：进行第一纵向切割从而提供条带，并且对所述条带进行横向切割以获得所述密集体(3，4，12)。
18.根据权利要求14-17之一所述的方法，其中切割步骤b)包括：进行第一纵向切割从而提供条带，并且在分别距所述条带的当前自由的端部第一距离(L3)和第二距离(L4)处分别地对条带循环地进行第二和第三横向切割，以分别获得所述第一组密集体和第二组密集体(3，4)。
19.根据权利要求14-18之一所述的方法，其中在所述切割步骤b)中，所述第一距离(L3)比所述第二距离(L4)短。
20.根据权利要求14-19之一所述的方法，其中在所述切割步骤b)中，每一个循环设置为用于在所述第一距离(L3)处进行两次切割并且在所述第二距离(L4)处进行一次切割。
21.根据权利要求14-20之一所述的方法，其中所述布置步骤c)包括：使得所述密集体(3，4)从至少一个降落高度(H1，H2)降落到平面(P)上且到可移动支撑件(67，68)上。
22.一种用于制造片状模塑料(1)的设备(60)，包括：
-用于进给包括纤维和聚合材料基质的至少一种基础材料的站(61-64)，
-被布置成将所述至少一种基础材料切割成至少第一组密集体(3)和第二组密集体(4)的切割站(66)，
-以降落高度(H1，H2)处于所述切割站的下方的至少一个可移动平面(67，68)，
所述切割站(66)和所述至少一个可移动平面(67，68)被配置成将所述第一组密集体(3)和所述至少一个第二组密集体(4)布置到所述至少一个可移动平面(67，68)上，其中使所述第一组密集体(3)的最大抗拉强度的方向(FR)随机定向，并且使所述第二组密集体(4)的最大抗拉强度的方向(FR)的主要定向沿着相应的预定方向(FS)。
23.根据权利要求22所述的设备(60)，其中所述切割站包括多个第一刀刃和至少一个第二刀刃，所述多个第一刀刃用于对基础材料进行第一切割从而提供条带，所述至少一个第二刀刃用于在分别距所述条带的当前自由的端部第一距离(L3)和第二距离(L4)处分别地对该条带循环地进行第二和第三横向切割，以分别获得所述第一组密集体和第二组密集体(3，4)。
24.根据权利要求22或者23所述的设备(60)，其中所述第二刀刃被控制为在比所述第二距离(L4)短的第一距离(L3)处进行所述第二横向切割。
25.根据权利要求22-24中任何一项所述的设备(60)，其中所述第二刀刃被控制为进行切割循环，每一个循环包括在所述第一距离(L3)处进行两次切割和在所述第二距离(L4)处进行一次切割。
26.根据权利要求22-24中任何一项所述的设备(60)，其中所述至少一个可移动平面(67，68)包括：第一传送带(67)，该第一传送带(67)以第一降落高度(H1)布置在所述切割站(66)的下方；以及第二传送带(68)，该第二传送带(68)以第二降落高度(H2)布置在所述第一传送带(67)的下方。
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