CN102596525A - 长纤维增强的聚合物材料和方法及其制造装置 - Google Patents

Abstract

纤维增强的聚合物材料，特别是用于在注塑方法和挤出方法中加工的纤维增强聚合物材料，其由具有集成长纤维增强的粒料组成。该粒料形成为缠绕元件(5)，其具有用聚合物材料(2)浸渍的连续的增强纤维(1)的连续的纤维条(3)。该缠绕元件(5)包含多于一圈(6)的浸渍的连续的纤维条(3)，其中所述的圈(6)通过它们彼此叠置排列和/或彼此相邻排列来至少部分地交叠。该缠绕元件(5)可以如下来连续地制造：通过将该浸渍的连续的纤维条(3)分别围绕缠绕轴(23)或在缠绕芯(22)上进行缠绕和硬化，随后彼此分离，特别是借助振荡(+x1，-x1)移动的缠绕芯来分离，并且通过熔融的热塑性聚合物材料(2)彼此分离。由此能够实现这样的粒料以及由其所制造的部件，其具有长得多的纤维和更高的纤维含量。

Description

长纤维增强的聚合物材料和方法及其制造装置

本发明涉及根据权利要求1前序部分的长纤维增强的聚合物材料，特别是用于在注塑方法和挤出方法中进行加工的长纤维增强的聚合物材料，其由具有集成长纤维增强的粒料组成，以及涉及制造这种长纤维增强的聚合物材料的方法和装置。注塑方法和挤出方法应用中已知的材料是0.1-5mm纤维长度的粒料形式的短纤维增强的聚合物材料和纤维长度5mm-50mm的棒状粒料形式的长纤维增强的聚合物材料，其中大于25mm长度的棒状粒料只能用改进的、大型的专门塑化装置来加工。通常可获得的长度是10mm，12mm或者25mm。作为制造具有非常长的纤维的部件的方法，非连续的缠绕方法(例如用于使用连续的纤维粗纱来制造容器和管道)是已知的。一种专门的注塑装置例如从WO00/37233中是已知的，使用其将连续的纤维条混入配混机中，并且以直接的不连续方式注入(在线配混)。但是这种方法原则上需要专门的昂贵的注塑装置。

使用已知的聚合物材料，在所得的注塑部件中的长纤维只能实现到非常有限的程度。当用螺杆塑化装置加工已知的棒状粒料时，该相对长的纤维经受了高剪切负荷，其导致大部分长纤维折断和显著变短。此外，最大纤维长度也受限于该棒状粒料的长度。纤维变短这个问题，在螺杆机供料和固体物质传输区域上是最主要的，迄今仍未能解决。所用的螺杆直径越小，这个问题越严重。特别是用直径小于60mm的螺杆加工LFT棒状粒料，而不改变机器，在今天是不可能的。

当前，本发明的目标是克服已知的长纤维增强的聚合物材料的缺点和局限和提供可连续制造的、长纤维增强的聚合物材料，其在加工后，尤其使得部件中可以有比迄今长得多的纤维和因此好得多的机械性能。其尤其还应当使得在现有的较小的注塑装置和挤出装置上用较小的螺杆直径(甚至小于45mm)来加工成为可能。

根据本发明，这个目标是通过权利要求1的长纤维增强的聚合物材料，通过用于连续制造长纤维增强的聚合物材料的权利要求11的方法和权利要求18的装置以及通过用于制造具有缠绕元件的部件和制造具有缠绕元件的部件方法来实现的。借助本发明缠绕元件的成形和构造，在用它们所制造的部件中实现了大得多的纤维长度和大得多的长纤维含量，并因此明显提高了这些部件的机械性能例如强度，刚性和冲击强度。该缠绕元件的成形一方面在紧凑的圆形粒料中产生了大的纤维长度，另一方面使得部件中以少量的纤维断裂和因此具有更长的纤维长度的温和的加工成为可能。

从属专利权利要求涉及本发明有利的扩展方案，特别是在经济地制造、加工方面和缠绕元件形式的长纤维增强的聚合物材料的最佳特性、以及用其制造的部件的机械性能明显更优的优点。

本发明在下面通过工作实施例和附图进行进一步解释，其中：

图1示意性示出了本发明粒料的制造，其具有缠绕元件形式的长纤维增强，

图2a，b示出了缠绕元件的一个例子，其具有彼此叠置的三圈，

图3示出了缠绕元件的另外一个例子，其具有1½圈，

图4示出了缠绕元件的一个例子，其具有彼此相邻的复数个圈，

图5-8示出了缠绕元件不同的例子，它们具有彼此叠置和彼此相邻的圈，

图9a示出了通过在缠绕芯上形成绕组，来制造缠绕元件，

图9b示出了一种缠绕元件，其具有部分彼此叠置的圈，

图10示出了一种装置，用于连续制造缠绕元件，

图11a，b示出了一种缠绕元件的制造，所述缠绕元件具有彼此叠置的圈，

图12a，b示出了一种缠绕元件的制造，所述缠绕元件具有彼此相邻的圈，

图12c示出了一种混合形式的缠绕元件的制造，

图13a，b示出了一种缠绕元件的制造，所述缠绕元件具有彼此叠置且彼此相邻的圈，

图14a，b示出了一种缠绕元件的制造，其中运行中的经浸渍的连续的纤维条另外发生移位，

图15a-d示出了缠绕芯不同的例子，

图16示出了在分离之前，多个连续制造的缠绕元件，

图17示出了四重盘绕的单个缠绕元件，

图18示出了作为粒料的缠绕元件，

图19示出了在注塑件中形成的纤维长度，作为对比：

图19a示出了由已知的棒状粒料制造的，

图19b示出了由本发明的缠绕元件作为粒料制造的，

图20a，b示出了多重缠绕装置，其具有许多缠绕位置，

图21示出了一种装置，其具有聚合物材料制成的缠绕芯。

图1-8表示了本发明缠绕元件5的不同例子。

图9-14表示了用于连续制造由缠绕元件5组成的粒料的方法和装置。

图16–19表示了连续制造的缠绕元件和在注塑件中所得到的非常大的纤维长度的图，该注塑件是由缠绕元件5制造的。

图1示意性表示了纤维增强的聚合物材料的连续制造，其特别是用于在注塑方法和挤出方法中进行加工，其由具有集成长纤维增强的粒料组成，其中该聚合物材料的粒料是作为缠绕元件5来形成的。该缠绕元件5具有用聚合物材料2浸渍的连续的增强纤维1的连续的纤维条3，其中该缠绕元件5包含多于一圈的浸渍的连续的纤维条3的圈6，该缠绕元件5中的圈6通过彼此叠置排列和/或彼此相邻排列来至少部分地交叠7。这些缠绕元件5的连续制造参考图9-14，20，21来详细描述。

图1表示了浸渍的连续的纤维条3，其缠绕在旋转的缠绕芯22上，用于形成缠绕元件5.1，5.2，5.3，这些缠绕元件在每种情况中具有五圈6.1–6.5，其彼此叠置和其交叠(7)。该缠绕元件5是在缠绕芯22上以逐步的方式在缠绕轴23的+x-方向上推进，并且硬化(图10，11)和随后通过切割装置彼此分离。该行进中的浸渍过的连续的纤维条3可以例如具有平坦的横截面形状或者圆形3.2，例如对于根据图4的圈，其彼此相邻排列，这取决于该缠绕元件5期望的形状。

本发明的缠绕元件5可以具有彼此叠置(=盘绕形状的51)的圈6(根据图1-3，5，10，11，16-18)，彼此相邻(=螺旋形的52)的圈(根据图4，6，7，9a，12)或者组合的(=53)彼此叠置且彼此相邻的圈(根据图8，9b，12c，13，14)。对于许多应用，该缠绕元件5优选具有至少部分彼此叠置的圈。

通过在成形方法(例如注塑)的配混机中推进和熔融该缠绕元件5，具有彼此叠置的圈的盘绕形式的缠绕元件51更长时间地保持了它们的形状，与具有彼此相邻的圈的螺旋形缠绕元件52相比，所述圈将更慢地松散开和更慢地混在一起。该盘绕形式的缠绕元件51因此倾向于特别少的纤维折断，和相应的在部件中更长的纤维并且互混程度较小，而螺旋形缠绕元件52倾向于更快地松散开，造成更强烈地互混，但是部件中的纤维不太长(没有盘绕的缠绕元件那样长)，但是远长于用迄今粒料制得的那些。

使用具有部分彼此叠置、部分彼此相邻的圈的缠绕元件的混合形式53，以及通过缠绕元件中圈的数目和尺寸，人们能够影响和优化由其所制造的部件的期望的特性(纤维长度，分布，混合度)。

盘绕的缠绕元件51特别适于实现部件中尽可能大的纤维长度。

图2a，b以两个视图表示了缠绕元件5，其具有彼此叠置的三圈6.1，6.2，6.3，具有线性尺寸L=长度，B=宽度，H=高度。该缠绕元件5具有尽可能紧凑的，圆形的，在最广义上接近于球形或者正方形柱形。由此，能够以相对小体积的粒料来生产相对非常大的纤维长度f，其总计为已知的长纤维粒料的纤维长度的数倍。

图3表示了缠绕元件5的一个例子，其仅仅具有彼此叠置的1½圈6.1，6.2。由此，纤维长度f已经能够达到线性尺寸H的三倍。该缠绕元件5可以有利地分别具有至少二个圈6，优选3-8个圈。

图4表示了缠绕元件52的一个例子，其具有彼此相邻(=螺旋形)的四圈6.1-6.4。

在图5－8中以具有缠绕轴23的缠绕芯22上的横截面图展示了具有彼此叠置和彼此相邻的圈6的缠绕元件5的另外的例子。图5表示了缠绕元件5.1，其具有彼此叠置的三圈6.1-6.3，图6表示具有彼此相邻的四圈6.1-6.4的缠绕元件，和图7表示了具有彼此紧密相邻的四个圈6.1-6.4的缠绕元件，即，这里每个后续的圈部分位于在先的圈上。高度H与长度 L的比例(=H/L)可以由此提高。

图8表示了作为组合形式53的缠绕元件5，其具有彼此相邻的三圈和位于其上方的三圈：圈6.4-6.6缠绕在圈6.1-6.3上。这些不同类型的缠绕元件的制造在图11-14中进一步描述。

为获得尽可能紧凑的圆形，缠绕元件5可具有优选最大是2-3的最大/最小线性尺寸(L，B，H)比率：最大(L，B，H)/最小(L，B，H)。该缠绕元件的这些线性尺寸L，B，H对于大部分应用来说可以是5-20mm，其中更大的尺寸也是可能的。

本发明的缠绕元件原则上可以具有全部类型的聚合物材料2。该缠绕元件可以特别有利地用于热塑性制造工艺中，并且相应具有已知类型的热塑性聚合物材料2，例如具有热塑性塑料例如聚丙烯PP，聚酰胺PA，工业的和高性能聚合物，新的例如PCTG=聚对苯二甲酸环己二甲酯等。但是，取决于应用，热固性塑料例如环氧化物EP，聚酯UP等也可以用作聚合物材料2，用于缠绕元件5。弹性体例如聚氨酯，EPDM等也可以用作聚合物材料2。

以10-70%，优选20-60重量%的纤维含量，并且该缠绕元件5中的浸渍的连续的纤维条3的纤维长度f大于25mm，可以实现良好的机械特性，其中取决于应用，200mm和更高的纤维长度也是可能的。作为增强纤维可以使用已知的玻纤，碳纤，芳族聚酰胺纤维等。除了浸渍的连续的纤维条3之外，该缠绕元件5还可以包含另外的聚合物材料2。纯聚合物材料2也可以混入作为粒料(具有高的纤维含量)的该缠绕元件中，和由此设定用其所制造的部件中的最终纤维含量。

图9-11表示了装置和方法，其用于在旋转的缠绕芯22上连续地制造根据本发明的缠绕元件5。

图9表示了连续地制造绕组6a，在硬化后将其切割成单个缠绕元件5。

图10和11表示了通过缩回和推进振荡的、旋转的缠绕芯22，围绕路径x1来连续地制造缠绕元件5。

图9a表示了装置的一部分，类似于图10，用于通过用缠绕芯22形成连续的绕组6a来制造缠绕元件，缠绕芯22在这里在顺时针方向+21上旋转，并且在其上连续地缠绕行进中的经浸渍的连续的纤维条3。在一侧(后面)上行进中的连续的纤维条3随后在另一侧(前面)上通过固定导向元件或者导向板26来在方向+x上推进路径xa，目的是为行进中的连续的纤维条3和因此为形成下一个圈6.5让出位置(8)。全部已经制成的圈6.4，6.3...形成了连续的绕组6a，其在+x方向上移位，并且硬化。随后，该绕组6a以给定的长度L，通过分离装置或者切割装置27切割，并且由此产生具有长度L的单个缠绕元件5。

图9b表示了混合形式的53的缠绕元件5的一个例子，其具有彼此部分叠置的圈6.1-6.4，并且其可以用图9a的装置如下来制造：例如通过导向元件26在缠绕轴23转速相同的条件下，将行进中的连续的纤维条3仅仅推进一半的量xa/2(26')。还可以通过调整导向元件24来生产部分交叠的圈。

用于连续制造缠绕元件5形式的长纤维增强的聚合物材料的粒料的通用方法包含下面的方法步骤：

(41)展开(abwickeln)连续的增强纤维1的粗纱，并且用熔融的或者液体聚合物材料2浸渍来形成浸渍的连续的纤维条3，

(42)将该浸渍的连续的纤维条3围绕着缠绕轴23缠绕成彼此叠置和/或彼此相邻的圈6，来形成绕组6a，

(43)并且在此将所形成的绕组向轴向+x移位，

(45)在轴向+x上进一步的移位过程中硬化该绕组6a，

(46)随后以给定的距离L切断该硬化的绕组6a，并且由此形成单个缠绕元件5。

这里旋转的缠绕芯22可以 用作缠绕轴23。

该方法的一种特别有利的扩展方案包含该缠绕芯22另外周期性前进和后退移动，如图10-14所示：

该方法另外具有该缠绕芯22在轴向上振荡移动(-x1，+x1)，其具有下面的步骤：

(42)在该缠绕芯的缠绕位置8.1缠绕该浸渍的连续的纤维条3，来形成缠绕元件5.1，随后

(43)该缠绕芯22缩回-x1，并且由此，将已经形成的缠绕元件5在该缠绕芯上推进，和随后

(44)该缠绕芯推进+x1，和由此释放新的缠绕位置8.2，用于生产下一个缠绕元件5.2

(45)在该缠绕芯上进一步推进(+x)时硬化该缠绕元件5

(46)切断该浸渍的连续的纤维条3，并因此将单个缠绕元件5彼此分离。

本发明的方法特别适于制造热塑性长纤维增强的聚合物材料。由此，在方法步骤(41)中，将连续的增强纤维1用加热的熔融的热塑性聚合物材料2浸渍，和在方法步骤(45)中，将该缠绕元件5在缠绕芯22上冷却，并由此硬化。其是在图10和11a的装置中进行的。

代替作为生产装置一部分的金属缠绕芯22，在另外一种方法变化中，还可以使用缠绕芯22a作为消耗材料，其由与缠绕元件5相同的热塑性聚合物材料2组成。在此情况下，首先形成或者预制非增强的或者优选增强的聚合物材料2的棒，并且随后在冷的，固体状态下作为旋转的缠绕芯22a，用于缠绕熔融的浸渍的连续的纤维条3，然后在方法步骤(46)中与浸渍的连续的纤维条一起通过分离装置27切开。然后将一块聚合物缠绕芯22a与圈6一起形成缠绕元件5。

图21表示了用于进行这种方法的一种装置。该缠绕芯22a优选是如下来制造的：类似于浸渍的连续的纤维条3，用聚合物材料2浸渍连续的纤维粗纱。由此，和通过合适的成形，该聚合物缠绕芯22a应当具有高的抗扭强度和与待缠绕起来的熔融的连续的纤维条3良好的接触。为此，在缠绕位置8之前、之后和之中，通过有针对性地冷却将聚合物缠绕芯22a尽可能保持冷却，以使得它内部不变软。棒状缠绕芯22a例如从摇纱机29上展开和通过供料装置36推进到该缠绕位置8，在这里由浸渍的连续的纤维条3卷绕，然后强烈冷却17和随后通过牵引装置37在轴向x上进一步推进到分离装置27。供料装置36和牵引装置37二者将聚合物缠绕芯22a绕着缠绕轴23旋转，和将它在轴向x上推进。

使用热固性塑料或者弹性体作为聚合物材料2时，在方法步骤(41)中形成了冷的浸渍的连续的纤维条3，和在方法步骤(45)中，在缠绕芯22上的缠绕元件5是通过加热和聚合来硬化的。

图10表示了一种连续地制造缠绕元件5形式的长纤维增强的热塑性聚合物材料的粒料的设备。该设备具有下面的元件：

- 用于连续的增强纤维1粗纱的展开单元11，随后的热塑性聚合物材料2的熔体(熔融物质)供料13和熔融和浸渍装置12，用于形成熔融的，浸渍的连续的纤维条3，

- 具有缠绕芯22的缠绕装置18，用于缠绕，冷却和硬化该浸渍的连续的纤维条3和用于形成具有大于一圈的圈6的缠绕元件5，并且圈6彼此叠置和/或彼此相邻，

- 具有旋转电机20，用于驱动该缠绕芯22，该缠绕芯带有冷却装置19(例如水冷却)

- 和具有线性驱动30，该缠绕芯22可以借助其在轴向上以振荡方式(-x1，+x1)移动

- 用于将该缠绕芯(22)缩回-x1和由此在该缠绕芯上推进所形成的缠绕元件5

- 和用于随后将该缠绕芯推进+x1，和由此让出下一个缠绕位置8.2，用于缠绕下一个缠绕元件5.2，

- 具有冷却装置17，用于在缠绕芯上冷却和硬化该缠绕元件5

- 和具有分离装置27，用于分离单个硬化的缠绕元件5以及具有所述设备的控制装置35。

图10的设备进一步具有：在熔融和浸渍装置12中的加热装置14，空气冷却17.1，17.2，17.3，截止板(Rückhaltblech)25，用于在缩回该缠绕芯22时挡住缠绕元件5，以及用于行进中的浸渍的连续的纤维条3的导向板24，24.2。这进一步通过图11来说明。还可以例如使用喷水冷却来代替空气冷却17.3，来在该缠绕芯上快速硬化缠绕元件5。分离装置27可以通过喷水或者激光器，设计成机械方式的切割装置。

图11a，b在根据图10的设备的一部分中详细表示了缠绕元件5的制造，这里在具有旋转方向-21(逆时针方向)的缠绕芯上具有彼此叠置的三(盘绕状的51)圈6.1-6.3。图11b表示了缠绕芯22在轴向x上的移动的时间曲线s22(t)：其中（43）缩回路径-x1(由此，所形成的缠绕元件5.1，...移位)，(44)推进+x1(由此，释放新的缠绕位置8.2)，然后(42)缠绕圈6.1，6.2，6.3 =缠绕元件5.2，然后重复(43)，(44)等。所形成的缠绕元件5通过缠绕芯(22)的缩回(43)一起推动。因此，该缠绕区域8和路径x1大于缠绕元件5所形成的长度L。图11a表示了可调整的导向元件或者导向板24，24.2，其彼此相连，并且其可以一起在x-方向上移位，这样浸渍的连续的纤维条3在所释放的缠绕位置8中的行进位置可以另外的移位(x2)，用于在缠绕时定位该绕组6i。这是用图14a，b的例子来说明的。还可以用导向板24来影响行进中的连续的纤维条3的横截面形状，例如在图1中，形成了平坦的横截面形状3，圆横截面形状3.1或者稍高的横截面形状(图7所示)。

图12a，b示意性阐述了在图10的设备中制造缠绕元件，该缠绕元件具有彼此相邻的(螺旋形52)圈6.1-6.3。缠绕芯22的振荡移动 s22(t)如下来运行：(43)缩回路径x1(并且释放8.1)，然后推进(44)和同时缠绕圈6.1-6.3，然后再次缩回(43)等。

图12c示意性阐述了在图10，11a的装置中制造的混合形式53的缠绕元件5，其中，圈6.1，6.2，6.3是如下来部分地彼此缠绕的(如图12c示意性所示)：通过根据图12b移动缠绕芯22或者通过合适的成形或者通过导向元件24引导连续的纤维条3，然后仍然在步骤43中通过缩回该缠绕芯22一起推动。

图13a，b表示了制造这样的缠绕元件，其具有组合的彼此叠置且彼此相邻的圈6.1-6.4。根据s22(t)曲线，在缩回(43)之后，进行圈6.1的第一次推进(44)和缠绕(42)，然后在其上缠绕圈6.2，然后进行圈6.3(与圈6.1相邻)的第二次推进(44)和缠绕，然后将圈6.4缠绕到圈6.3上，然后再次缩回(43)等。

图14a，b表示了制造缠绕元件(53)，该缠绕元件具有彼此叠置且彼此相邻的圈6.1-6.6。这里，行进中的浸渍的连续的纤维条3在所释放的缠绕位置8中的位置可以通过在x方向上可调整的导向板24，24.2来另外地移位，如图11a所示的这样。导向板的这种随时间发生移位s24(t)表示在图14b中，加之以缠绕芯的轴向移动s22(t)。s22(t)行进类似于图11b的例子中的缠绕芯的移动。在该缠绕(42)过程中，这里导向板24，24.2是根据s24(t)以逐步的方式，首先向方向-x(对于圈6.1，6.2，6.3)，然后向方向+x(对于圈6.4-6.6)另外地移位。完全的移位路径s24(t)是x2。

图15a-d以横截面表示了缠绕芯22的例子。该缠绕必须在塑性(熔融的)状态进行。为了将缠绕所必需的牵引力从缠绕芯22转移到浸渍的连续的纤维条3上，径向上高的摩擦值是期望的，并且为推进该缠绕元件，在轴向上期望尽可能低的摩擦值。为此，缠绕芯22可以具有合适的成形，例如具有根据图15a的凹槽32或者具有根据图15b和15c的缠绕方向21上的肋条和棱边34。缠绕芯此外在纵向x上设计为稍微的圆椎状。

该表面可以具有光滑的耐磨的硬涂层，例如碳化钛，用于改进摩擦值和用于使得磨损最小。为了良好冷却，缠绕芯优选由具有良好的热导性的金属组成，例如黄铜。特别好的冷却效果可以用图15d的中空缠绕芯实现，其具有冷却水的内部进水管和出水管33。

图16–18表示了生产的根据本发明的缠绕元件5的照片，该缠绕元件由具有50%四重盘绕形式的玻璃纤维增强(80mm纤维长度)的聚丙烯PP制成：

图16：在分离之前几个连续制造的缠绕元件

图17：单个缠绕元件，作为四重盘绕

图18缠绕元件，作为粒料。

图19a，b表示了与迄今的粒料相比，在用本发明的缠绕元件所制造的注塑件中产生的大得多的纤维长度f。两种样品都是用小的注塑装置制造的，其具有仅仅35mm的螺杆直径：

图19a使用10mm LFT-棒状粒料，其具有30%纤维含量，

图19b使用四重盘绕形式的缠绕元件，具有80mm纤维长度f和12%纤维含量。

附图显示了纤维长度中大的差异：

- 图19a中，使用迄今的材料：纤维长度f是2-8mm，

- 图19b中，使用缠绕元件：更大含量的非常长的纤维，纤维长度f高到80mm。

图20a，20b表示了一个多重装置，用于批量制造该缠绕元件5，其在降低空间需求和能耗的同时具有高生产性能和生产率。此间同时分别供给多个(例如50个)连续的纤维条3i，展开，浸渍(28i)，在每种情况中缠绕到旋转的缠绕芯(22i)上，在其上推进，硬化和分离成单个缠绕元件5i。其类似于图9a的装置(没有缠绕芯22i的轴向移动 +x1，-x1)。

借助根据图20a，b的多重装置，类似于图10和11a的装置，该缠绕芯22i在步骤43中另外缩回(-x1)和在步骤44中推进(+x1)，。为此，将线性驱动30用作推进单元，其将全部的旋转的缠绕芯22i一起在轴向上移动。

这种用于由多个浸渍的连续的纤维条3i同时生产缠绕元件5的方法如下来运行：

(41)-从展开单元11i上分别展开多个连续的纤维粗纱1i，并且将它们用熔融的聚合物材料2在具有多个浸渍位置28i的浸渍工具28中浸渍，

(42)-将该浸渍的连续的纤维条3i在每种情况中缠绕到旋转的缠绕芯22i上，

(43)-缩回-x1和

(44)-通过线性驱动30将多个缠绕芯22i推进 +x1，

(45)-冷却和固化该绕组，通过多重分离装置27i分离成单个缠绕元件5i。

由此，用仅仅一个挤出机13，一个熔融装置12，一个多重浸渍工具28i，一个线性驱动30，一个多重冷却装置17i和一个多重切割装置27i来将非常多的纤维条3i(例如50条)同时经济地加工成缠绕元件5i。

部件和制造纤维增强的聚合物材料部件的方法可以以成形方法，用本发明的缠绕元件5来制造。这样的成形方法，例如是通过注塑，挤出，流动冲压等形成的。在此情况下，该缠绕元件的形状，类型和尺寸可以与成形方法和成形装置相互匹配和优化。

用连续制造的本发明的作为粒料的缠绕元件(通过它们的构造和成形)实现的主要优点是例如：

- 紧凑的，圆的缠绕元件粒料，其具有非常大的纤维长度，

- 良好的流动性和改进的供料行为，

- 固体物质传送区域中纤维负荷的明显降低，由此少的纤维断裂，导致在由其所制造的部件中例如在注塑件中大得多的纤维长度和高含量的长纤维。

由此，实现所制造的部件，特别是注塑件，在强度、刚性和冲击强度方面明显更好的机械特性。特别也可以使用现有的成形装置，例如使用较小的注塑机(具有小的螺杆直径)

1. 加工大得多的纤维长度的缠绕元件，和

2. 由此，实现部件中大得多的纤维长度。

下面的附图标记用于本说明书中：

1 粗纱，连续的增强纤维的长丝，连续的纤维粗纱

2 基质材料，聚合物材料

3 浸渍的连续的纤维条

5 缠绕元件(缠绕粒料)

6 圈

6a 连续的缠绕

7 6的重叠

8 在22上的缠绕位置，缠绕区域，缠绕位置

10 装置

11 粗纱供料，开卷单元，摇纱机

12 熔融和浸渍装置

13 聚合物，基质供料，配混器，挤出机

14 12的加热装置

17 冷却装置

17i 多重冷却装置，具有多个冷却位置

17.1 在12后的文氏喷嘴

17.2 进口处的3的空气冷却

17.3 在27前面的冷却装置

18 缠绕装置

19 22的冷却装置

20 用于22的旋转电机

20i 旋转驱动

21 22的旋转方向

22 缠绕芯

22a 聚合物材料的缠绕芯

23 缠绕轴

24，24.2 用于3的导向板，导向元件

25 截止板

26 在22处用于3的导向元件

27 用于5的分离装置，切割装置

28 浸渍工具

28i 多个浸渍位置

29 具有22a的摇纱机

30 在轴向x上的线性驱动，用于22的定位驱动

32 纵向凹槽

33 在22中的内部水冷却

34 棱边，肋条

35 用于11，12，17，18，20，27，30，19，24的控制装置

36 供料装置

37 用于22a的牵引装置

方法步骤41–46：

41 3的展开和浸渍

42 3，6的缠绕

43 22的缩回，6在22上的推进

44 22的推进

45 5在22上的硬化

46 5的切断，分离

51 盘绕的5

52 螺旋形5

53 组合的：彼此叠置且彼此相邻的6，混合形式

x 23的轴向

x1 22的移位路径

x2 24，24.2的移位路径

xa 通过26的移位路径

t 时间

s22 22的路径

s24 24，24.2的路径

f 纤维长度

5的线性尺寸：

L 长度

B 宽度

H 高度。

Claims (21)

1.纤维增强的聚合物材料，特别是用于在注塑方法和挤出方法中加工的纤维增强的聚合物材料，其由具有集成长纤维增强的粒料组成，特征在于

- 该粒料是作为缠绕元件(5)由聚合物材料形成的，该浸渍元件具有用聚合物材料(2)浸渍的连续的增强纤维(1)的连续的纤维条(3)，

- 所述的缠绕元件(5)包含多于一圈的浸渍的连续的纤维条(3)的圈(6)，

- 其中该缠绕元件(5)中的圈(6)通过它们彼此叠置排列和/或彼此相邻排列来至少部分地交叠(7)。

2.根据权利要求1的聚合物材料，特征在于该缠绕元件(5)具有至少部分的彼此叠置的圈(6)。

3.根据权利要求1的聚合物材料，特征在于该缠绕元件(5)具有彼此相邻排列的圈(6)。

4.根据前述任一权利要求的聚合物材料，特征在于该缠绕元件(5)具有至少两圈，优选3-8圈的圈(6)。

5.根据前述任一权利要求的聚合物材料，特征在于该缠绕元件(5)近似地具有的紧凑圆形。

6.根据前述任一权利要求的聚合物材料，特征在于该缠绕元件(5)的线性尺寸(L，B，H)的最大/最小比：max(L，B，H)/min(L，B，H)最大是2–3。

7.根据前述任一权利要求的聚合物材料，特征在于该缠绕元件(5)的线性尺寸(L，B，H)是5-20mm。

8.根据前述任一权利要求的聚合物材料，特征在于该聚合物材料(2)包含热塑性塑料。

9.根据前述任一权利要求的聚合物材料，特征在于该缠绕元件(5)中浸渍的连续的纤维条(3)的纤维含量为20-60重量%，并且纤维长度(f)大于25mm。

10.根据前述任一权利要求的聚合物材料，特征在于该缠绕元件(5)包含浸渍的连续的纤维条(3)和另外的聚合物材料(2)。

11.连续制造缠绕元件(5)形式的长纤维增强的聚合物材料的粒料的方法，特征在于下面的方法步骤：

(41)-展开连续的增强纤维(1)的粗纱，并且用熔融的或者液体聚合物材料(2)浸渍来形成浸渍的连续的纤维条(3)，

(42)-将该浸渍的连续的纤维条(3)围绕着缠绕轴(23)缠绕成彼此叠置和/或彼此相邻的圈(6)，来形成绕组(6a)，

(43)-并且在此将所形成的绕组在轴向(+x)上移位，

(45)-在轴向(+x)上进一步的移动过程中硬化该绕组(6a)，

(46)-随后以给定的距离(L)切断该硬化的绕组(6a)，并且由此形成单个缠绕元件(5)。

12.根据权利要求11的方法，特征在于将旋转的缠绕芯(22)用作缠绕轴(23)。

13.根据权利要求12的方法，特征在于该缠绕芯(22)在轴向方向振荡运动(-x1，+x1)，与

(42)-在该缠绕芯的缠绕位置(8.1)缠绕该浸渍的连续的纤维条(3)，来形成缠绕元件(5.1)，随后

(43)-缩回(-x1)该缠绕芯(22)，并且由此，将已经形成的缠绕元件(5)在该缠绕芯上推进，和随后

(44)-推进(+x1)该缠绕芯(22)，和由此让出新的缠绕位置(8.2)，用于生产下一个缠绕元件(5.2)

(45)-在该缠绕芯上进一步推进(+x)时硬化该缠绕元件(5)

(46)-切断该浸渍的连续的纤维条(3)，并因此将单个缠绕元件(5)彼此分离。

14.根据权利要求13的方法，特征在于通过能在x方向上调整的导向板(24，24.2)，在所让出的缠绕位置(8)中，将该浸渍的连续的纤维条(3)的进口位置进行另外的移位(+x2，-x2)。

15.根据权利要求11-14之一的方法，其中使用热塑性聚合物材料(2)，特征在于

(41)用加热的熔融的聚合物材料(2)浸渍该连续的增强纤维(1)，

(45)在该缠绕芯(22)上冷却和由此硬化该缠绕元件(5)。

16.根据权利要求15的方法，其用于由多个浸渍的连续的纤维条(3i)同时制造缠绕元件(5)，特征在于

(41)由开卷单元(11i)分别展开多个连续的纤维粗纱(1i)，并且将它们在一个多重浸渍工具(28i)中用熔融的聚合物材料(2)进行浸渍

(42)在每种情况中将该浸渍的连续的纤维条(3i)绕旋转的缠绕芯(22i)缠绕

(43)缩回(-x1)，和

(44)通过线性驱动(30)推进(+x1)所述多个缠绕芯(22i)。

17.根据权利要求12的方法，特征在于预制纤维增强的聚合物材料(2)棒，并且作为缠绕芯(22a)使用，并与缠绕元件(5)一起通过分离装置(27)分离成单个缠绕元件(5)，其中该缠绕芯(22a)在轴向(x)上通过供料装置(36)和牵引装置(37)推进，并且绕着该缠绕轴(23)旋转。

18.用于连续制造缠绕元件(5)形式的长纤维增强的热塑性聚合物材料的粒料的设备，特征在于

- 用于连续的增强纤维(1)粗纱的开卷单元(11)，随后的热塑性聚合物材料(2)的熔体供料(13)和熔融装置和浸渍装置(12)，用于形成熔融的，浸渍的连续的纤维条(3)

- 具有缠绕芯(22)的缠绕装置(18)，用于缠绕、冷却和硬化该浸渍的连续的纤维条(3)和用于形成具有多于一圈(6)的缠绕元件(5)，并且圈(6)彼此叠置和/或彼此相邻，

- 具有旋转电机(20)，用于驱动该带有冷却装置(19)的缠绕芯(22)

- 和具有线性驱动(30)，该缠绕芯(22)能借助其在轴向上振荡移动(-x1，+x1)，

- 用于缩回(-x1)该缠绕芯(22)和由此在该缠绕芯上推进所形成的缠绕元件(5)

- 和用于随后推进(+x1)该缠绕芯，和由此让出下一个缠绕位置(8.2)，用于缠绕下一个缠绕元件(5.2)，

- 具有冷却装置(17)，用于在缠绕芯上冷却和硬化该缠绕元件(5)

- 和具有分离装置(27)，用于分离单个硬化的缠绕元件(5)以及具有所述设备的控制装置(35)。

19.根据权利要求18的设备，特征在于该缠绕芯(22)设计为金属的，稍微圆锥形(31)的，并且具有纵向凹槽(32)或者具有棱边(34)和/或它具有内部水冷却(33)。

20.纤维增强的聚合物材料(2)的部件，特征在于该部件是以成形工艺，用根据权利要求1–10之一的缠绕元件(5)来制造的。

21.制造纤维增强的聚合物材料(2)的部件的方法，特征在于该部件是以成形工艺，用根据权利要求1–10之一的缠绕元件(5)来制造的。

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