CN102844483A - 由具有定向纤维取向的有限长的增强纤维连续制造短纤维无纬织物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续制造具有定向纤维取向的短纤维无纬织物的方法，其中所述无纬织物通过将经过梳理的纤维网以定义的铺设角度连续编织到同步的传送带(1)上来生产，其中以相对于传送带的前进方向成锐角来设置梳理机(2)和下游的编织机(3)。这些短纤维无纬织物被用于制造高强度的纤维增强合成材料复合物，如在风力发电站、飞机制造和汽车工业中所应用的合成材料复合物。特别地，该复合物在应力方向上具有高的连接稳定性和刚性，其中需要定义的纤维取向。除了定义的有限纤维的取向之外，无纬织物还有定义的单位面积质量。

Description

由具有定向纤维取向的有限长的增强纤维连续制造短纤维无纬织物的方法
描述
本发明涉及一种连续制造具有定向纤维取向的短纤维无纬织物(Stapelfasergelge)的方法，其中无纬织物通过以定义的铺设角度(Ablegewinkeln)连续编织经过梳理的纤维网(Faserflor)来生产。
按照此类方法制造的短纤维无纬织物例如被用于制造高强度的纤维增强合成材料复合物，如在风力发电站、飞机制造和汽车工业中所应用的合成材料复合物。特别地，该复合物在应力方向上具有高的连接稳定性和刚性，其中需要定义的纤维取向。除了有限纤维的定义的取向之外，无纬织物还有定义的单位面积质量(
Figure BDA00001691017500011
)。
现有技术
在纤维复合物技术领域中，近年来在风力发电站、飞机制造和汽车工业实践中取得了一系列的大量新成果。随着纤维复合物的使用增加，实现更加经济的加工方法就变得很有意义。所述加工方法特别涉及纤维复合物半成品的生产(网状织物、无纺布和无纬织物的制造)。
在制造除了已知的织物半成品如粗纱、网状织物和无纺布之外的纤维复合物材料时，纤维无纬织物有很大意义。通过被拉伸的和高度取向的纤维股(Faserlage)，能够使用UD无纬织物和多轴无纬织物在组件重量较小的情况下实现非常高的稳定性和刚性。目前，无纬织物借助所谓的引导装置(Legeanlagen)用大量无限长粗纱来制造。一个此种类型的方法在例如专利EP 2028307中有所描述。使用已知的引导装置，能够分别根据需求来准确设定纤维取向。一般来说，复合物被制造成具有以不同角度(0°、90°、+45°、-45°)铺设的不同的单个层所构成的对称整体构造。相应地，还实现了多轴无纬织物的分层结构。相对于经典的无纬织物构造特别应用了无限长增强纤维。对于当前使用的引导装置来说，需要高的粗纱抗拉强度，因为为了实现被拉伸的纤维股必须施加高的纱线张力(Fadenspannung)。而使用传统的引导装置来连续输送具有低抗拉强度的有限长纤维或由有限长纤维制成的半成品是行不通的。
产生定义的纤维取向的另一种可能性是绕线法。
这种制造多轴无纬织物的技术的使用在专利DE 102006057633中有所描述。该已知的方法的特征在于，绕线平面和单轴无纬织物的存储装置相互围绕转动，以便生产具有定义的纤维取向的无纬织物。纤维取向的角度通过绕线平面的纵轴相对于重力方向的角度来设定。按照这一原则，当然也能够使用无限长粗纱或无限长单轴无纬织物。其中，将高的拉力施加到待绕线的材料上。有限长纤维的输送和铺设对于该方法来说是不可能的。
对于复合物材料的制造来说，除了使用无限长纤维之外，感兴趣的还包括使用具有有限纤维长度的纤维(短纤维)。出于这一原因，已知在过去曾针对这一主题进行过一些开发。
有限长的纤维材料的加工的一种变化是铺带(Tapelegen)，其中还可生产由纤维段组成的无纬织物并且还能够无压力地铺设强化材料。
为此，有一系列已知的技术方案，例如在专利DE 10301646、DE102006035847中有所描述。当然，其中仅描述了非连续地铺设无纬织物块。在该过程中不能连续无压力地铺设有限长的纤维。已知还可将无纺布引导过程(Vlieslegeprozess)和经典的无纬织物制造相结合。在专利GB 2012671中描述了一种方法，其中将有限长碳纤维与无限长纤维相结合。当然使用这种方法不能够实现有限长纤维的定义的取向。
由纺织工业中已知，可借助编织机
Figure BDA00001691017500021
连续铺设有限长的纤维。横向取向的纤维无纺布和十字股无纺布(Kreuzlagenvliesen)的制造例如在Joachim Lünenschloss等人的著作：Georg Thieme出版社于1982年出版的Vliesstoffe(ISBN：3-13-609401-8)，第94-104页中有所描述。本文中的实施方式和设计以及对专业名词的定义采用的是本发明参考资料中通常理解的。对于这些过程，由梳理机生产的纤维网被重叠多次，以便产生关于单位面积质量和铺设宽度来定义的、用于无纺布制造的模型。一种最常应用的原理是纤维网的横向编织。其中，由梳理装置生成的网铺设在连续运行的传送带上，该传送带以相对于梳理装置的产品方向成90°角来设置。在带上铺设的速度、铺设宽度和传送带的速度确定了在该带上生产的无纬织物的单位面积质量。在传送带上铺设网时，依靠不同的速度和铺设宽度来设定在无纬织物内部的纤维取向的确定角度。受到编织机的构造方式和在网制造时的正常速度的限制，能够实现不同的角度。当然，该角度始终是明显小于45°的。关于纤维网的编织的最重要特征是，通过在运行中的传送带上连续铺设，在两个方向(未定义角度)上产生优选取向。由此，将该原理用于生产具有定义的纤维取向(例如正好+45°或-45°的角度)的无纬织物是不可能的。
在US 5,476,703中描述了一种方法，其中纤维网借助编织机连续地多层重叠铺设，其中首先，单个股(Lage)的走向(Ausrichtung)与无纺布的纵向拉伸之间成75°至90°，而随后该无纺布借助针拉伸场(Nadelstreckfeld)延伸，以便改变无纺布中的纤维走向。当然，使用这种方法不可能有按照预先给定的角度的严格定义的纤维取向，而仅仅是在纵向和横向上调整无纺布的特性。对于这种方法，纤维取向不被定义为是可调整的，并且在无纺布中纤维取向能够通过不同的延伸程度来局部地区别。
在DE 3242539A1中描述了一种制造网幅面(Florbahn)和无纺布幅面的方法，所述网幅面和无纺布幅面的宽度超过实际的无纺布织布机(Vliesbildungsmaschine)的工作宽度。此外，两个网幅面各自相对于无纺布织布机的工作方向偏转90°，其中这些偏转被设置成彼此有距离，其相应于所述网幅面中的一个的宽度，从而使得这两个网幅面在偏转之后相邻地排布，并且一个网幅面具有双倍的宽度。此处，是关于可生产的商品宽度的放大。使用已知的方法以定义的角度来定向铺设短纤维是不可能的。
在DE 10345953A1中描述了一种连续制造短纤维无纬织物的方法，该短纤维无纬织物具有之前所述种类的定向纤维取向。对于这种方法，借助横向编织机来制造无纺布材料，当然其中横向编织机提供了一种由细丝网(Filamentflor)和纤维网构成的组合，从而使得在无纺布材料中交替地重叠放置由有限长纤维和无限长纤维所组成的股，并因此不涉及纯粹的短纤维无纬织物。此处，不产生定向纤维取向。通常情况下，横向编织机以和传送带的前进方向成90°角来定向，最后，其具有连续的前进。
本发明的任务
本发明的根本任务在于，使得由具有定向纤维取向的有限长增强纤维来连续制造短纤维无纬织物成为可能。这些短纤维无纬织物被用于制造高强度的纤维增强合成材料复合物，例如用于风力发电站、飞机制造和汽车工业中的合成材料复合物。其中很重要的是，特别地，该复合物在应力方向上具有高的连接稳定性和刚性，其中需要定义的纤维取向。除了定义的取向之外，无纬织物也应当有定义的单位面积质量。
根据本发明，该任务通过以下方式来解决，即实现在同步的传送带上的纤维网的铺设，所述传送带在以预先给定的角度连续铺设纤维期间保持静止，并且在铺设了预定的铺设宽度之后移动一定义的距离(铺设偏移(Legeversatz))。因此，纤维取向在预先给定的宽度内是恒定的。由此实现了以精确定义的角度来铺设纤维网。
期望的取向通过梳理装置和编织机以预先给定的角度相对于传送带的走向来实现(图1)。
最好以锐角相对于同步的传送带的前进方向设置至少一个梳理机和连接在该至少一个梳理机下游的编织机，该梳理机产生纤维网，并且借助所述梳理机和下游的编织机实现在传送带上铺设纤维。特别优选地，相对于传送带的前进方向的走向来说角度在大约30°至大约60°的范围内，最优选地，角度的数量级在大约40°至大约50°的范围内，也就是说该角度在45°+/-几度。使用与连续移动的传送带一起工作的常见编织机，通常不能够实现该角度。
根据本发明，可使用梳理装置和下游编织机来工作，但还有可能的是，使用多个梳理机与多个下游编织机，它们以希望的角度相对于传送带来设置。由此能够提高待生产的无纬织物的单位面积质量。此外，能够因此同时产生多个铺设角度。这就实现了一种非常经济的铺设过程。因此优选地，至少一个第一梳理机和下游的第一编织机以为铺设纤维所设置的、相对于传送带的第一锐角来设置，并且，至少一个第二梳理机和下游的第二编织机以为铺设纤维所设置的、相对于传送带的第二锐角来设置，其中所述第二角度的走向与第一角度的走向成直角。
优选地，根据本发明的方法以如下方式来工作，即使得在朝着纤维网的编织机移动时将纤维网铺设在传送带上，随后传送带移动一定义的距离(铺设偏移)，并且随后在移动离开编织机时重新在静止的传送带上再次实现纤维网的铺设。
例如可以设计成，在移动反转(Bewegungsumkehr)之前将一个或多个编织机移动超出传送带的边缘，大约在移动反转的时间点在前进方向上将传送带移动一定义的距离，并且在铺设了纤维网之后割断无纬织物的纵向边缘区域
Figure BDA00001691017500051
这样做的优点在于，由此消除了在边缘区域处由于传送带短暂的前进移动所造成的、无纬织物的任何扭曲。
根据本发明的一个改进方案，能够在例如使用两个梳理机和其各自的下游编织机工作时，将具有不同成分和/或不同性质，特别是包括了有限长增强纤维和/或捆绑纤维的短纤维混合物所构成的至少一个纤维网作为原料，或者能够铺设具有不同成分和/或不同性质，特别是包括了有限长增强纤维和/或捆绑纤维的至少两个纤维网。
纤维网优选地由具有从25至150mm范围内的长度的有限长纤维构成。该纤维网能够被特别额外提供用于之后使用接合材料来固化(Verfestigung)，或者也是由具有不同成分或性质的短纤维(例如增强纤维和捆绑纤维)的混合物所构成。通过接合材料或热塑性捆绑纤维的优化使用，最终使得无纬织物能够热固化。增强纤维例如能够是天然纤维或高强度纤维，例如芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维(Basaltfasem)或者碳纤维。在该过程中，还有可能的例如是，将经过回收处理的有限长增强纤维用于具有定义的纤维取向和单位面积质量的无纬织物的制造。
该方法的优点在于，能够在一个具有高产量的连续过程中由具有恒定铺设角度、高度纤维取向和定义的单位面积质量的复合物材料的短纤维生产无纬织物。
由梳理装置所形成的纤维网优选地具有高度的纵向取向，从而使得在纤维合成材料复合物(FKV)中能够实现连接刚性和/或连接稳定性的各向异性，例如在1∶1.5至1∶10的范围中。
根据本发明制造的无纬织物能够与至少一个其他的功能层或承载物层组合，并因此适用于各种差异极大的应用领域。
根据本发明的方法的优选改进方案被设计成，各个彼此平行铺设的相邻的纤维网的股在其边缘区域重叠。此处，数量的微不足道的重叠是有益的。由此，实现了在待制造的短纤维无纬织物中单个股之间更好的连接。
还可以使用一压紧装置(Niederhalter)，以避免在无纬织物的边缘区域中铺设的纤维网的扭曲。
根据本发明的解决方案，使得以精确的角度铺设平行相邻的纤维网的股并且同时具有比较高的铺设速度成为可能。因为其相对于传送带对齐，梳理机和下游的编织机给出了精确的纤维取向角度。使用两个彼此无关地工作的梳理机和编织机的两个纤维网，将其在两个位置和两个股上以彼此成90°的角度来重叠地铺设在传送带上，产生了具有定义的纤维走向的各向同性的短纤维无纬织物。
在从属权利要求中所述的特征关系到根据本发明的任务解决方案的优选设计方案。根据本发明的方法的其他优点从以下详细描述中得出。
以下将根据优选实施例并参考附图来详细描述本发明。
实施例
实施例1：
通过具有1m工作宽度的梳理机来生产具有高度纤维纵向取向和30g/m2的单位面积质量的纤维网。该纤维网使用水平编织机以2m的铺设宽度铺设到同步的传送带上。其中，相对于传送带的引出方向成+45°角度安装梳理装置和下游的编织机。在纤维铺设期间，传送带保持静止。在铺设了预定宽度(编织机向前移动)之后，传送带向前移动0.7m。随后，重新进行纤维网的铺设(编织机向后移动)。通过这种方式和方法，能够生产出具有+45°纤维取向和60g/m2的单位面积质量的无纬织物。
实施例2：
借助2个梳理机，生产出具有高度纤维纵向取向的、每个都有1m工作宽度的2个纤维网。这些纤维网使用水平编织机以3m的铺设宽度铺设到同步的传送带上。其中，相对于传送带的引出方向成±45°角度安装梳理机和下游的编织机。在纤维铺设期间，传送带保持静止。在铺设了预定宽度(编织机向前移动)之后，传送带向前移动0.7m。随后，重新进行纤维网的铺设(编织机向后移动)。通过这种方式和方法，能够生产出具有±45°纤维取向和120g/m2的单位面积质量的无纬织物。
附图标记列表
1 传送带
2 梳理装置1
3 编织机1
4 梳理装置2
5 编织机2
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于连续制造具有定向纤维取向的短纤维无纬织物的方法，其中所述无纬织物通过以定义的铺设角度连续编织经过梳理的纤维网来生产，其特征在于，所述纤维网的铺设在同步的传送带上实现，所述同步的传送带在以预定角度连续铺设纤维期间保持静止，并且在铺设了预定的铺设宽度之后才移动一定义的距离(铺设偏移)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助生产所述纤维网的至少一个梳理机(2、4)和在其下游的编织机(3、5)实现了在所述传送带(1)上铺设纤维，所述至少一个梳理机(2、4)和在其下游的编织机(3、5)以相对于同步的传送带的前进方向成锐角来设置。
3.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，至少一个第一梳理机(2)和下游的第一编织机(3)以为铺设纤维所设置的、相对于传送带(1)的第一锐角来设置，并且，至少一个第二梳理机(4)和下游的第二编织机(5)以为铺设纤维所设置的、相对于传送带的第二锐角来设置，其中所述第二角度的走向与第一角度的走向成直角。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，每次编织机(3、5)向前移动时将所述纤维网铺设到所述传送带(1)上，随后将所述传送带移动一定义的距离(铺设偏移)，并随后在所述编织机向后移动时重新在静止的传送带上再次进行所述纤维网的铺设。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在移动反转之前将一个或多个编织机(3、5)移动超出所述传送带的边缘，大约在移动反转的时间点在前进方向上将传送带(1)移动一定义的距离，并且在铺设了纤维网之后割断无纬织物的纵向边缘区域。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，将具有不同成分和/或不同性质，特别是包括了有限长增强纤维和/或捆绑纤维的短纤维的混合物所构成的至少一个纤维网作为原料，或者能够铺设具有不同成分和/或不同性质，特别是包括了有限长增强纤维和/或捆绑纤维的至少两个纤维网。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述增强纤维具有从25至150mm的长度。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述纤维网额外地使用接合材料处理。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，使用由具有高度纤维纵向取向的增强纤维和捆绑纤维的定义的混合物所构成的纤维网。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述无纬织物随后被热固化。
11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，以该方式生成的无纬织物与至少一个其他的功能层或承载物层组合。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，各个彼此平行铺设的相邻的纤维网的股在其边缘区域重叠。

Claims (12)

1.用于连续制造具有定向纤维取向的短纤维无纬织物的方法，其中所述无纬织物通过以定义的铺设角度连续编织经过梳理的纤维网来生产，其特征在于，所述纤维网的铺设在同步的传送带上实现，所述同步的传送带在以预定角度连续铺设纤维期间保持静止，并且在铺设了预定的铺设宽度之后才移动一定义的距离(铺设偏移)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助生产所述纤维网的至少一个梳理机(2、4)和在其下游的编织机(3、5)实现了在所述传送带(1)上铺设纤维，所述至少一个梳理机(2、4)和在其下游的编织机(3、5)以相对于同步的传送带的前进方向成锐角来设置。
3.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，至少一个第一梳理机(2)和下游的第一编织机(3)以为铺设纤维所设置的、相对于传送带(1)的第一锐角来设置，并且，至少一个第二梳理机(4)和下游的第二编织机(5)以为铺设纤维所设置的、相对于传送带的第二锐角来设置，其中所述第二角度的走向与第一角度的走向成直角。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，每次编织机(3、5)向前移动时将所述纤维网铺设到所述传送带(1)上，随后将所述传送带移动一定义的距离(铺设偏移)，并随后在所述编织机向后移动时重新在静止的传送带上再次进行所述纤维网的铺设。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在移动反转之前将一个或多个编织机(3、5)移动超出所述传送带的边缘，大约在移动反转的时间点在前进方向上将传送带(1)移动一定义的距离，并且在铺设了纤维网之后割断无纬织物的纵向边缘区域。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，将具有不同成分和/或不同性质，特别是包括了有限长增强纤维和/或捆绑纤维的短纤维的混合物所构成的至少一个纤维网作为原料，或者能够铺设具有不同成分和/或不同性质，特别是包括了有限长增强纤维和/或捆绑纤维的至少两个纤维网。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述增强纤维具有从25至150mm的长度。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述纤维网额外地使用接合材料处理。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，使用由具有高度纤维纵向取向的增强纤维和捆绑纤维的定义的混合物所构成的纤维网。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述无纬织物随后被热固化。
11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，以该方式生成的无纬织物与至少一个其他的功能层或承载物层组合。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，各个彼此平行铺设的相邻的纤维网的股在其
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