CN102080304B - 用于产生ud层的方法和装置 - Google Patents

Abstract

说明一种用于产生UD层(2)的方法，该UD层具有预定的层宽度，且由预定数量的丝条(5)构成，其中这些丝条(5)横向于UD层(2)的纵向展宽成小丝带(16、17)，且并排地布置。希望产生具有尽可能均匀的厚度的UD层(2)。为此规定，使得小丝带(16、17)展宽至大于分距宽度的宽度，该分距宽度由层宽度除以丝条(5)的数量得到。

Description

用于产生UD层的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生UD层的方法，该UD层具有预定的层宽度，且由预定数量的丝条构成，其中这些丝条横向于UD层的纵向展宽成小丝带，且并排地布置。

本发明还涉及一种用于产生UD层的装置，该UD层具有预定的层宽度，该装置具有：丝条供给设备，从该丝条供给设备中能同时抽出预定数量的丝条；用于每个丝条的展宽设备，用于将丝条横向于其纵向展宽成小丝带；和卷绕设备，用于共同地卷绕展宽的并排布置的小丝带。

背景技术

下面以具有碳丝的丝条为例介绍本发明。但本发明不局限于碳丝。

碳丝以丝条形式销售，这种丝条含有12000个、24000个、48000个或更多的碳丝。碳丝越多，通常丝条就越便宜。丝条的横截面大致呈椭圆形或圆形。

在制造纤维增强的塑料时，经常需要所谓的UD层。在UD层中，纤维或丝全部处于相同的主方向上。尽管这些纤维或丝不必精确地相互平行，但它们都沿同一方向伸展。纤维增强的塑料于是在该方向上具有较高的抗拉强度。

为了能由丝条制得这种UD层，这些丝条必须并排布置，且展宽成小丝带。于是并排地处于一个平面上的这些小丝带然后共同地被卷绕，或者以其它方式被共同地处理。在有些情况下，在相邻小丝带之间会产生横向粘连。

如果希望在以后的塑料产品中用增强纤维提高在多个方向上的抗拉强度，则要将具有不同纤维方向的多个UD层上下叠置，然后共同地内置到塑料中。

开头部分所述类型的方法和装置例如由EP 0 972 102 B1已知。

DE 10 2005 008 705 B3公开了一种用于将纤维带输送至针织机的装置。其中纤维带以均匀的速度从筒子上被抽出，但以预定的静止时间被继续处理。在静止时间期间，纤维带被暂时储存在受控的储存器中。

由DE 10 2005 052 660 B3已知用于展宽碳纤维条的装置和方法。为了能更好地展宽纤维条，通以电流使纤维条受热。

DE 197 07 125 A1记载了一种用于制造单向织物的方法，其中使得展宽的纤维通过横向连接纱相互连接，以便形成一个幅带(Bahn)。

简单地采取如下措施使得丝条展宽成小丝带：以一定的应力沿着转向设备例如圆杆牵拉丝条。基于这种拉应力，所有丝或纤维都有靠近所述杆的趋势。在这里，紧密地布置在杆处的丝或纤维被布置在较远处的丝或纤维挤向外侧。这样就自动地使得丝条展宽成小丝带。

但可以观察到，利用这种小丝带制得的UD层横向于其纵向具有一定的波动性或不平整性，换句话说，厚度不均匀。

发明内容

本发明的目的在于，产生厚度尽可能均匀的UD层。

在开头部分所述类型的方法中，采取如下措施即可实现该目的：使得小丝带被展宽后的小丝带宽度大于一个分距宽度，该分距宽度由层宽度除以丝条数量得到。

在下面的介绍中使用术语“丝”。但本发明同样也可以用于纤维。

当前人们认为，具有预定层宽度的UD层的制造方式如下：将所有丝条都展宽至分距宽度，然后将其并排布置。分距宽度是除以所使用的丝条的数量后的层宽度。利用如此展宽的丝条得到的UD层具有横向于纵向联接或对接的小丝带。尽管现在已经确定，可以采用简单的方式，即沿着转向设备牵拉丝条，将丝条展宽成小丝带，但在原先较厚的丝条所在处，即通常在中间，小丝带的厚度要大于原先较薄的丝条所在的区域。简单地说，沿着小丝带宽度的厚度分布形状近似于扁平的钟形曲线。于是，将这种小丝带并排布置，就会在UD层中横向于其纵向产生一定的波动性。如果将小丝带继续展宽至等于分距宽度，则尽管原则上一开始并不会使得每个小丝带的厚度分布都发生改变，但有很多种方案可用来要么单独影响每个小丝带的厚度分布，要么影响UD层的横向厚度分布。

根据第一种方案，使得小丝带在展宽之后横向于纵向靠拢。靠拢(zusammenschieben)的方式例如为，利用一种比最初的小丝带宽度窄的引导机构来引导这些小丝带。该引导机构主要作用于小丝带的外纤维上，并使得这些纤维向内移位。但小丝带中间(在横向上观察)实际上并不受这种靠拢的影响。相应地使得小丝带的纵向边缘厚度增加，而不会使得小丝带中间的厚度相应增加。

这里优选将小丝带靠拢至等于分距宽度的小丝带宽度。在这种情况下，并排布置的小丝带在横向上可以说是无空隙地并排布置，以便产生具有闭合表面的UD层。

在一种备选设计中规定，使得小丝带靠拢至小于分距宽度的小丝带宽度。在这种情况下，在制好的UD层的各个小丝带之间会产生较小的间距。这可能是所希望的，以便能穿过塑料，如果UD层内置到塑料基质中。所选间距可以比较小，例如为0.1～1mm。

在另一种设计中可以规定，使得小丝带横向于纵向搭叠地布置。可以在这些小丝带横向靠拢之后进行这种搭叠布置。但这种搭叠布置也可以在不使得这些小丝带横向靠拢的情况下进行。在这种情况下，分别使得厚度小于小丝带中间的边缘区域上下叠置。于是总体上得到沿着小丝带宽度大致均匀分布的厚度。在搭叠之前就使得小丝带靠拢，这样就能更精确地调节厚度。

在此优选将小丝带展宽至大于分距宽度的小丝带宽度。于是得到总体上具有所希望宽度的搭叠区域。

优选在靠拢时产生具有变化宽度的小丝带。如上面结合装置所述，采用这种方式能在小丝带组成平幅结构时负责在相邻小丝带之间产生空隙，以后塑料可以穿过该空隙，以便形成纤维增强的塑料部分。宽度变化例如可以周期性地进行。于是可以并排地布置相邻的小丝带，使得这些小丝带以其较大的宽度相互对接，从而在宽度较小的区域中在平幅材料上留有空隙。

优选使得丝条在至少两个不同的平面上展宽。这使得这些丝条在展宽时不会相互妨碍。因而可以直截了当地将丝条展宽至大于分距宽度的宽度。如果丝条被展宽至较小的宽度，或者在展宽至较大的宽度之后又侧向靠拢，则同样有利的是，给每个丝条或由此得到的小丝带都提供足够的操作空间。

有关开头部分所述类型装置的目的的实现方式为，将展宽设备至少分成两组，其中这些组设置在不同的位置，且相邻的丝条被引导穿过不同的组。

采用这种设计能使得各个丝条在横向上展宽超过分距宽度，该分距宽度由层宽度除以所使用的丝条数量得到。使得相邻的丝条在不同位置展宽，这样就使得这些丝条在展宽时互不妨碍，而是可以展宽超过分距宽度。于是，各个小丝带在经过不同组的展宽设备之后只需在一个平面上被共同地引导，或者以其它方式被引导，使得它们能在以后被共同地卷绕。

这里优选至少在一些展宽设备之后分别设有校准设备，该校准设备使得小丝带横向于其纵向靠拢至预定的宽度。如上面结合方法所述，通过这种方式能均衡小丝带的厚度。在丝条展宽成小丝带时，得到一种钟形的厚度分布形状，也就是说，小丝带的中间要比它的边缘区域厚。校准设备于是使得丝的纵向边缘区域又朝向小丝带的中间移动，从而边缘区域再次增厚，但小丝带中间的厚度实际上保持不变。

优选预定宽度等于分距宽度，而分距宽度等于层宽度除以丝条数量。在这种情况下，在所得到的UD层中，纤维无空隙地并排布置。

根据一种备选的设计，规定预定的宽度大于分距宽度。在这种情况下，相邻布置的小丝带搭叠，从而它们的边缘区域总体叠加。于是，即使边缘区域较薄，总体厚度也明显大于小丝带中间的厚度。

在第三种替代方案中可以规定，预定的宽度小于分距宽度。在这种情况下，就以后的UD层而言，在横向上在各个小丝带之间产生空隙，这些空隙能使得塑料穿过。

优选校准设备具有丝带宽度改变设备。由此在小丝带横向于其移动方向靠拢时，可以产生小丝带的具有较大宽度的区段和具有较小宽度的区段。于是，如果各个小丝带并排布置，则在由此形成的平幅结构中产生空隙，以后塑料可以穿过这些空隙。这便于实现利用塑料穿过织物。丝带宽度改变设备可以采用不同的方式来形成。如果校准设备具有转动的带有槽的轴，这些槽最终规定了小丝带的宽度，则能以简单的方式采取如下措施来改变小丝带的宽度：使用在圆周方向上具有变化的宽度的槽。在这种情况下，如此产生的小丝带的宽度周期性地改变。另一种方案是，由位于轴上的平挡圈(Bordscheibe)来形成校准设备，小丝带在这些平挡圈之间穿过。改变平挡圈的轴向位置，就能改变小丝带的宽度。可以相互协调相邻小丝带的宽度变化，使得这些小丝带在它们并排布置时以其较大的宽度彼此对接，从而在具有较小宽度的区域形成较大的空隙。

附图说明

下面借助优选的实施例，结合附图来介绍本发明。图中示出：

图1为用于产生UD层的装置的示意图；和

图2示出用于调节相邻小丝带的各种不同的方案。

具体实施方式

图1示出用于产生UD层2的装置1，该UD层卷绕到丝卷(Wickel)3上。采用一种未详细示出的方式，利用分离纸或另一种分离机构，可以使得丝卷3上的相邻的卷丝(Windung)相互分离。也可以不进行卷绕，而代之以对UD层2立即进行继续加工，以便例如产生多轴向的织物或者纤维增强的塑料。

装置1具有丝条供给设备4。该丝条供给设备4例如可以是筒子架，在该筒子架中设置有多个筒子，其中在每个筒子上都卷绕有丝条。丝条供给设备也可以具有多个桶或刚纸桶，其中在每个桶或刚纸桶中都设有丝条。

从丝条供给设备抽出多个丝条5，这些丝条穿过第一输送机构6。这些丝条5在此最好平行地并排布置。

在丝条5的输送方向上，在输送机构6之后设置有第一组展宽设备7和第二组展宽设备8。展宽设备7具有三个段(Strang)9-11，以预定的拉应力沿着这些段牵拉丝条5。拉应力由设置在丝卷3之前的第二输送机构12产生。

第二组展宽设备8具有三个段13-15，以相同的应力沿着这些段牵拉其它丝条5。所有丝条都受到应力，该应力根据第二输送机构12的拉应力而产生，由此得到所述相同的应力。

对丝条5的引导方式如下：将相邻的丝条5交替地输送给第一组展宽设备7和第二组展宽设备8。相邻丝条5的展宽或延展因而在不同的平面上进行。这样就能使得各个丝条5在一定程度上相互独立地展宽。换句话说，多个丝条5展宽成小丝带，小丝带的宽度大于一个分距宽度(Teilungsbreite)。分距宽度等于制好的UD层2除以丝条5的数量的层宽度。

经过第一组展宽设备7或第二组展宽设备8之后，丝条5产生小丝带16、17的形式。所述小丝带16、17现在共同地穿过辊隙(Nip)18，该辊隙在两个轧辊19、20之间形成，也可以称为“轧辊间隙”。于是在辊隙18中形成UD层2，该UD层可以通过另一转向导辊22而转向，然后可以被第二输送机构12牵引。也可以采用其它引导机构。

由于小丝带16、17的宽度大于一个分距宽度，所以小丝带16、17搭叠。搭叠的这些区域在辊隙18中以较高的应力相互压紧。也可以省去辊隙18，如果采用其它方式借助轧辊19能在小丝带16、17中达到使得小丝带16、17的边缘区域相互压紧的牵拉应力。

通过这种做法得到如下优点：经过第一组展宽设备7或第二组展宽设备8之后，小丝带16、17在其中间(该中间是横向于其移动方向的中心)的厚度大于小丝带16、17在其边缘区域中的厚度。其产生的原因可能是，丝条5在其中间此前也比较厚，而付出适当的代价在展宽设备中却无法实现完全的厚度平衡。这使得小丝带16、17在横向上具有较厚的中间和较薄的边缘区域。厚度变化形状类似于“钟形曲线”。这对于已制好的UD层2来说使得厚度相应地变化，这在有些情况下是不利的。但由于薄的边缘区域搭叠，所以总体厚度仍相当于小丝带16、17中间处的厚度。故UD层的厚度在很大程度上可以保持均匀。在很多情况下无需厚度绝对恒定。

小丝带16、17在经过其相应的展宽设备之后仍可以被引导穿过校准设备22、23。校准设备22、23在图2中示意性地示出。校准设备在最简单的情况下是段24、25，这些段具有交替地环绕的槽26、27和凸起28、29。

如果小丝带16穿过校准设备22，则它在离开校准设备22之后所具有的宽度相当于两个凸起28a、28b之间的间距。以同样的方式，穿过校准设备23的小丝带17所具有的宽度相当于两个凸起29a、29b之间的间距。

两个校准设备22、23横向于UD层2的移动方向或纵向分别错开一个小丝带宽度，故凸起28a、28b大致位于槽27a、27b的空隙中。

于是可以对槽27a的宽度与对置的凸起28a的宽度进行相对适配调节，由此得到制好的UD层的不同设计。

在图2a所示的情况下，槽27c的宽度小于对置的凸起28c。相应地，在经过校准设备22、23之后，在相邻小丝带16、17之间产生横向于纵向的间距30。该间距的大小例如可以在0.2～1mm的范围内。于是在UD层2中对于塑料来说可以穿过UD层。

在图2b所示的情况下，一个校准设备23的槽27a的宽度恰好等于另一校准设备22中的凸起28a的宽度。相应地，这里所产生的UD层的各个小丝带16、17可以无空隙且无搭叠地并排布置。

UD层的厚度在这两种情况下仍保持均匀。即可以观察到，校准设备22、23主要作用于布置在小丝带16、17边缘区域处的丝上，故这些丝朝向小丝带16、17的中间移动。这样就在边缘区域中使得小丝带16、17增厚。但小丝带16、17的中间实际上保持不受丝在边缘区域中的移位的影响。

在图2c所示的情况下，槽26的宽度大于对置的凸起29c。相应地，在相邻小丝带16、17之间产生搭叠部分31。由于略微变宽的小丝带16、17在此事先还横向于纵向靠拢，故可以相对方便地调节边缘区域的厚度，使得边缘区域的厚度总和在以后等于小丝带16、17的中间的厚度。厚度略微偏大在此是无妨的。

如果校准设备23的槽26的周向宽度是变化的，则所产生的小丝带16、17的宽度也在移动方向上持续地周期性地变化。如果以后小丝带16、17组成一种平幅结构，则在小丝带16、17的宽度较小的区域中，在相邻小丝带16、17之间产生空隙或空缺，以后塑料可以穿过所述空隙或空缺，如果产生纤维增强的塑料部件的话。作为其备选方案，也可以使用如下校准设备23，即其中小丝带16、17在平挡圈之间穿过，平挡圈的轴向位置是可变的。如果这些平挡圈紧密地靠拢，则得到宽度较小的边缘区域。如果这些平挡圈相互间隔开地移动，则得到厚度较大的边缘区域。在所有情况下，宽度变化都比较小。丝带宽度少许变化例如变化3.5％或10％就足矣。

Claims (14)

1.一种用于产生UD层(2)的方法，该UD层具有预定的层宽度，且由预定数量的丝条(5)构成，其中这些丝条(5)横向于UD层(2)的纵向展宽成小丝带(16、17)，且并排地布置，其特征在于，使得小丝带(16、17)展宽至大于分距宽度的宽度，该分距宽度由层宽度除以丝条(5)的数量得到。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使得小丝带(16、17)在展宽之后横向于纵向靠拢。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将小丝带(16、17)靠拢至等于分距宽度的小丝带宽度。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使得小丝带(16、17)靠拢至小于分距宽度的小丝带宽度。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使得小丝带(16、17)横向于纵向搭叠地布置。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，使得小丝带(16、17)展宽至大于分距宽度的小丝带宽度，小丝带又靠拢。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在靠拢时产生具有变化宽度的小丝带(16、17)。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使得丝条(5)在至少两个不同的平面上展宽。

9.一种用于产生UD层(2)的装置，该UD层具有预定的层宽度，该装置具有：丝条供给设备(4)，从该丝条供给设备中能同时抽出预定数量的丝条(5)；用于每个丝条(5)的展宽设备(9-11；13-15)，用于将丝条(5)横向于其纵向展宽成小丝带(16、17)；和卷绕设备(3)，用于共同地卷绕展宽的并排布置的小丝带(16、17)，其特征在于，展宽设备(9-11；13-15)至少被分成两组(7、8)，其中这些组(7、8)设置在不同的位置，且相邻的丝条(5)被引导穿过不同的组(7、8)，小丝带(16、17)展宽大于分距宽度，该分距宽度由层宽度除以丝条(5)的数量得到。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，至少在一些展宽设备(9-11；13-15)之后分别设有校准设备(22、23)，该校准设备使得小丝带(16、17)横向于其纵向靠拢至预定的宽度。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述预定的宽度等于分距宽度。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述预定的宽度大于分距宽度。

13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述预定的宽度小于分距宽度。

14.如权利要求10～13中任一项所述的装置，其特征在于，校准设备(22、23)具有丝带宽度改变设备。

Images