CN103025942A - 具有包含碳纤维的纤维束的毛绒层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括多个纤维束并且包括异质物质的毛绒层，所述多个纤维束被部分地破开成单独的纤维并且包括碳纤维，并且其中这些碳纤维具有毛绒层的总质量的至少70%的质量分数，而这些异质物质不超过30%但不小于2%，其中这些异质物质从再循环过程获得。

Description

具有包含碳纤维的纤维束的毛绒层

技术领域

本发明涉及一种毛绒层，该毛绒层展现多个根据权利要求1的前序部分的被分解成单个纤维并且包含碳纤维和异质材料的纤维束，以及涉及一种根据权利要求14的前序部分的用于制造这样的毛绒层的方法。本发明还涉及一种包含这样的毛绒层的无纺织物或无纺材料。

背景技术

包含碳纤维的毛绒层尤其适合于作为用于制造在汽车工业中的许多应用中使用的无纺织物或无纺材料的最初结构。最重要的是，它们被用于制造汽车部件。特别地，在例如在RTM程序中利用树脂适当地浸渍之后，上述的无纺织物和无纺材料被有利地加工成轻的且在机械上非常有弹性的纤维复合结构，这些结构日益被视为优选且首选的材料。

毛绒形成通常涉及经适当的供给装置对毛绒成型机供应具有预定的长度分布的多根单个纤维。例如，这样的毛绒成型机能够被设计为梳理机。然而，空气操作的、气动或洗涤液辅助的毛绒成型机是已知的替代方案。在各个毛绒成型机中的适当的功能部件使这些单个纤维缠结起来，使得形成平面结构，被缠结的纤维给予该平面结构足够的内在稳定性以在继续加工期间承受出现的外部机械应力。

在另外的步骤中可以将从毛绒成型机移走的毛绒层加工成无纺材料。例如，毛绒层可以是双层的，即，可以将毛绒层一层铺设在另一层上，从而产生具有期望的厚度和适当的总纤维含量的无纺织物，该无纺织物甚至一旦例如经针刺而被硬化，其就可以作为无纺材料被转到另一加工步骤。无纺材料一般不同于常规无纺织物，因为它们已经经历了化学硬化、机械硬化或热硬化。

在本发明的框架内，在毛绒层与无纺织物之间没有区别。所有的这些结构在目的是将纤维缠结成机械上相对稳定的平面结构的过程中获得。另一方面，无纺材料通过随后的另外的硬化步骤而区别于无纺织物或毛绒层，如上文进一步描述的。

然而，关于所描述的程序的问题是，供给到毛绒成型机的多根单个纤维通常必须经受复杂的机械准备工作。用于该目的的是例如在传统纺织厂中的分解并且准备纤维的松解单元和/或混合单元。尤其是使用碳纤维制造毛绒层还需要碳纤维的复杂的准备工作。例如，可以将碳纤维从碳纤维股移走。为此，首先必须将碳纤维股从线轴移走并且供给到切割装置。在被切割到适当的长度之后，必须通过在很大程度上分离纤维束段中的碳纤维来分解碳纤维束。在被供给到毛绒成型机中之前，纤维还必须将在毛绒形成过程中进行适当地聚集和计量。仅在此之后，纤维才被分离即完全、供给到毛绒成型机中，纤维在该毛绒成型机中被加工成毛绒。

然而，不仅所有这些加工步骤相对成本昂贵，而且它们还与在整个程序序列中用于装置的较高维护支出相关联。

当目的是基于纤维碎片和/或回收的碳纤维制造纤维增强复合材料时，这些准备工作成本更进一步升高。在碳纤维加工工业中的许多制造过程产生许多切割碎片，这将用于另一用途以节省成本。除这样的切割碎片以外，还获得在纺织制造过程中产生的废弃物，这些废弃物能够提供同样贵重的、意在进一步的应用中使用从而节省成本和原材料的碳纤维。此外，还可以预期的是，在将来甚至更大数量的碳纤维碎片将在从碳纤维增强塑料热解回收碳纤维期间产生，这些碳纤维碎片随后还将作为回收的材料被重新循环，从而允许实现回收材料的闭链。

但是，恰恰当加工纤维碎片或回收的纤维时，制备工作变得尤其复杂，因为为了获得分离的纤维，分解、松解以及有时甚至清洗纤维的几个另外的步骤也成为必要。仅在多项准备步骤之后，获得能够被转到通常利用最初的（即至今尚未使用的）碳纤维执行的过程的纤维才成为可能。

为了重复使用的目的还需要的是，对碳纤维碎片进行清洗以除去异质材料，以获得展现充分纯的碳纤维含量的原材料。这样的清理过程一方面又是成本非常高的，并且另一方面在目前还仅对于特定的母物质（parent substances）充分控制地或可控地应用。然而，良好的材料特性是能够产生将以足够高的等级和恒定水准的质量制造出来的材料的性能所必需的。

本发明的目的是提出毛绒层连同用于制造这样的毛绒层的方法，该方法使得能够实现从再循环过程获得的材料尤其是碳纤维简单返回到适合于技术应用的纺织结构。特别地，本发明的目的是提出还允许使用回收的碳纤维而不减弱用于技术应用的毛绒层的适用性的毛绒层。特别地，必须可以充分地确保产品的质量用于期望的应用。同样地，本发明的目的是建议包含这些类型的毛绒层的无纺织物或无纺材料。将利用该制造过程实现的进一步的目的在于，提供用于制造毛绒层的与从现有技术获知的方法相比成本更低的方法。

发明内容

在本发明中，该目的利用根据权利要求1所述的毛绒层以及根据权利要求14所述的制造方法来实现。此外，本发明的目的利用根据权利要求13所述的无纺织物或无纺材料来实现。

特别地，在本发明下的目的通过包括被部分地分解成单个纤维并且包含碳纤维以及异质材料的多个纤维束的毛绒层来实现，其中碳纤维包括毛绒层的总重量的至少70%重量，并且异质材料包括不超过30%但不小于2%，并且其中异质材料源自再循环过程。

根据本发明的解决方案还涉及用于制造毛绒层的方法，该方法包含下列步骤：切割平面结构，所述平面结构展现包含碳纤维的纤维束并且借助于异质材料、特别地是编织线或缝纫线或粘合剂而被至少部分地固定；加工被切割的平面结构，以将纤维束在松解单元、特别地是撕裂机中部分地分解成单个纤维；将作为以这种方式加工的结果的被部分地分解的批次引入到毛绒成型机中、特别地是引入到梳理机中；操作该毛绒成型机，不使这些纤维束被完全分离成单个纤维，而是使这些纤维束中的碳纤维与另外的纤维缠结；将该毛绒层从该毛绒成型机移走。

根据本发明的毛绒层有利地通过如下事实区别：该毛绒层展现至多30%的异质材料百分比，而碳纤维展现至少70%的重量百分比。碳纤维的百分比在这里首要地确定毛绒层的强度以及质量，其中异质材料的百分比有助于织物总体上的基重，而另外不显著地影响强度和质量。质量和强度具体地涉及毛绒层能够给一体形成所述毛绒层的复合材料提供的质量和强度。

在由申请人执行的试验的过程中，发现的是，起源于再循环过程的异质材料的百分比会使毛绒层的质量稍微降低，但是碳纤维相对于总碳纤维含量的总重量的70%重量高到足以补偿这样的不利效果。特别地，对于制造还能够满足将在汽车工程中遇到的要求的毛绒层，碳纤维的百分比因此是充分的。因此，在对应的最大重量下，毛绒层必须达到最低强度。然而，在质量和纯度方面，汽车工程对要制造的织物的要求与例如航空器制造相比不是很严格。例如，在织物的较高的总重量下，汽车工程允许相对较低的强度。然而，与航空器构造相比，这些在强度或重量上降低的要求已经能够通过每个织物片段的较低百分比的碳纤维来实现，其中异质材料不产生显著的不利效果。此外，相对于要实现的基重，异质材料的最大百分比仍然容许达到在汽车工程中建立的目标。

根据本发明的毛绒层在这里展现多个包含碳纤维的纤维束。纤维束通常起源于被送至再循环过程以获得用于制造毛绒层的纤维的织物。因此，再循环过程不要求纤维被完全分解成用于毛绒层制造的目的的单个纤维。取决于应用的领域，织物通常是展现碳纤维的织物，但是也能够是不展现碳纤维的织物。

可以对用于利用毛绒成型机制造根据本发明的毛绒层的过程进行调整，使得不需要将所引入的纤维束在毛绒成型机中分解成单个纤维。然而，这并不意味着除纤维束以外，单个纤维将不被引入到毛绒成型机中。特别地，可以使纤维束以尚未被硬化或被进一步处理的纤维的随机排列的形式存在，其中部分被分离的纤维从纤维束中突出并且与其它纤维缠结,其中其它纤维也能够存在于纤维束中。取决于该实施例，纤维束能够完全由碳纤维或仅由碳纤维的一定百分比组成。送到毛绒成型机的纤维在这里还能够部分地由不是来自再循环过程的原始纤维组成。

为了防止纤维束在毛绒成型机中的完全分解，可以调整加工步骤的数量或毛绒成型机中的功能部件。还可想到的是对在毛绒成型机中的功能部件的几何调整。

在这种关联以及在本专利申请的框架内，纤维束必须被理解为至少部分地沿基本上平行的方向行进的纤维的聚集体，其中与环境的纤维密度相比，在纤维束中的纤维密度至少部分地升高。纤维束在这方面还能够在视觉上被很好的辨别，因为它们在视觉上以容易辨别的方式从它们的环境突出并且能够在视觉上被容易地辨别为纤维束。此外，纤维束还能够展现多根单个纤维的内聚力，这保护纤维束免于在被暴露于机械应力时瓦解成单个纤维。

根据本发明的毛绒层的优势在于，在这些纤维束也由毛绒层包含时，纤维不被分解成单个纤维。这给予毛绒层特别的强度，特别地是在涉及沿纤维的纵向方向作用于这些纤维束上的机械应力时。与不进一步相互对齐的被分离的纤维相比，这允许纤维束必定吸收沿它们的纤维行进部的方向作用在稍后要制造的纤维复合材料上的外力到显著较佳的程度。

根据本发明的毛绒层的一个尤其有利的实施例通过下列事实区别：包含碳纤维的纤维束还至少部分地从再循环过程获得。例如，在该实施例中，对于纤维束连同由毛绒层包含的纤维来说，已经至少部分地从再循环过程获得也是可想到的。这使得能够实现毛绒层的尤其符合成本效益的制造，因为较少的制造步骤将被预期。此外，在毛绒层中使用的材料有时已经彼此相互适应。另一方面，还可以使将被制造的毛绒层混合有最初的（即至今尚未使用的碳纤维），从而补偿由于重复利用的碳纤维而导致在质量上的任何可能的损失。例如，可以将一定百分比的具有特定最小长度的新的单根碳纤维添加到毛绒层，从而在再循环过程已经使碳纤维在再循环过程期间缩短之后升高毛绒层中的总纤维长度分布。此外，可以将初始碳纤维束引入毛绒形成过程中。

该实施例还能够提供的是，异质材料至少部分地展现不是碳纤维的异质纤维。特别地，这样的异质纤维是玻璃纤维和合成纤维，例如，由聚乙烯、聚酰胺、聚脂、聚丙烯等制成的化学纺织纤维。这些纤维在毛绒形成过程期间也被一体形成到毛绒层中。这些纤维在这里优选地变成与由毛绒层包含的碳纤维或其它纤维缠结。然而，异质纤维仅微不足道地有助于毛绒层的强度，因为强度基本上源自碳纤维。这特别地涉及毛绒层给包含它的纤维复合物工件提供的强度。但是，因为根据该实施例的毛绒层展现足够的碳纤维，所以所需的最小强度能够继续被确保。

本发明的一个尤其优选的另外的实施例还能够提供的是，碳纤维相互之间展现确定第一图案的预定的第一布置结构，并且异质纤维相互之间展现确定第二图案的第二布置结构，其中该第一图案不同于该第二图案。

在这里以及在下文中，图案将被理解成在被考虑的表面面积上的材料密度的分布，其中至少部分地存在在材料密度方面的变化。特别地，在材料密度方面的这些变化在视觉上是可辨别的，并且能够被系统地比较。

特别地，两个图案之间的区别能够借助于平面自相关函数来确定。例如，根据该实施例的毛绒层的表面段，例如，大小为15cm乘15cm的表面段，在这里被选定并且被划分成若干较小的表面子单元——例如，1.5mm乘1.5mm，其具有相同的表面面积。基于在这些表面子单元中占优势的标准化的纤维密度，来自规定标度的值被分配给各个单独的表面子单元，例如，范围从-5到+5的标度。标准化相对于在正被检查的表面段中的总纤维含量进行。因此，通过所有相邻的表面子单元为每个表面子单元计算二维积分或二维求和，其中积分或求和通过预定的表面子单元的值和相邻的表面子单元的值的乘积来计算。因此，该计算涉及表面子单元本身的纤维表面密度的相关性，即，纤维表面密度的自相关。以这种方式确定的值分别被分配给预定的表面子单元，其中计算必须相应地针对所有其它表面子单元执行。

为了简化计算，还能够将二维加权函数考虑进去，例如该加权函数将积分或求和限制到包含接下来的10个邻元素的积分或求和。然而，所选择的数量不能太少，以防止积分或求和扩展到碳纤维密度的可能的重复图案，例如，由在毛绒层中的纤维束的对应布置结构引起的。从各个单独的计算获得的结果因此再次被标准化，使得它们对于所有的表面子单元能够相互可比较。标准化还使得可以相应地将边缘效应考虑进去，假定表面子单元位于靠近所选则且经检查的大小为约15cm乘15cm的表面段的边缘，则该边缘效应会出现。

假定例如布置在毛绒层中的、以几乎恒定间隔隔开的纤维束中的碳纤维的图案重复，则自相关函数的值将偏离零或另一基线值，这预示着没有重复规律出现，即，值的分布纯粹是随机的。因此，自相关函数能够解释图案中的规律。然而，这些规律必须不同于值的严格静态序列。如果图案纯粹是随机的，即，这些图案仅作为各个单独的值的在统计上纯粹随机分布的结果而发生，则自相关函数将为所有表面子单元产生基线值或零。基线值取决于事先选则的标度值，即，表示存在纯粹随机分布的基线值除了其它方面之外还取决于最初挑选的标度。

当现在将碳纤维的分布的平面自相关函数与异质材料或异质纤维的分布的平面自相关函数相比时，获得各种图案。当所有可比较的表面子单元的标准化值以及求和值偏离平均超过5%时，图案不同。用以辨别表面子单元或图案的两种布置结构如何偏离的其它数学上合理的或技术上合理的方法是可能的。特别地，还适合于该目的的是计算在表面面积中的图案的数学阶数或复数阶数。

作为替代，还能够使用简化的检查方法对两个图案进行比较。如将在附图部分中详细地解释的，当异质材料密度或异质纤维密度是如此得低以至于异质材料密度或异质纤维密度的仅一定百分比的表面子单元展现与表面子单元重叠而其它表面子单元能够没有重叠时，这是尤其优选的。关于该简化的并且在大多数情况下优选的比较方法的另外的解释可以从附图部分收集。

图案的多样性揭示在所选择的表面段中的单个纤维的不同的分布。如果在毛绒制造过程中与碳纤维或包含碳纤维的纤维束表现不同的异质材料或异质纤维通常随机地分布，则包含碳纤维的纤维束通常在毛绒层的整个表面面积上逐渐均匀地分布，部分地以规律的间隔隔开。该情况还源于如下事实：当被暴露于机械应力时，纤维束在毛绒成型机中、在毛绒形成过程期间展现被均匀地分布于整个表面面积上的上升的趋势。相比之下，有时在毛绒层中遇到的数量大大减小的异质纤维也能够随机地分布于毛绒层的表面面积上，但是有时以极低的密度存在。此外，这些单个纤维在毛绒成型机中被机械地加工的情况下表现不同，使得它们通常展现不同的分布。此外，异质纤维还能够与各个单独的碳纤维或碳纤维聚集体结合，从而还可能部分地防止在毛绒形成过程期间独立于剩余的碳纤维的自由运动。此外，异质纤维能够展现与碳纤维完全不同的长度分布。因此，必定预期的是，在毛绒层中碳纤维的图案将与异质材料或异质纤维的图案明显不同。

本发明的另外进一步的发展还能够提供的是，第一图案展现比第二图案高的阶数。阶数在这里基于将被结合图案以及复杂的布置结构而应用的数学上的方面来确定。确定在复数阶数的涵义内的阶数在这里使得能够对用于计算自相关的上文描述的方面进行概括。用于计算阶数的逻辑程序为专家所熟知，并且能够相应地被应用于即将到来的例子。

本发明的另外的实施例还能够提供的是，与碳纤维相比，异质纤维的至少10%具有低1.5倍特别地2倍的抗拉强度。然而，异质纤维的较低的强度如果有减弱用其制造的毛绒层或纤维复合材料的强度的话，仅减弱到轻微程度，因为碳纤维以充分的数量存在。尤其是对于在汽车工程中的应用，在强度上非常小的但可能的损失是微不足道的。

另一个实施例还能够提供的是，异质纤维的至少一部分为缝纫线或编织线。因此，最初被提供用以固定将被重复利用的（即回收的）织物的缝纫线或编织线能够连同由该织物包含的碳纤维被转到毛绒形成过程，而无需从碳纤维或碳纤维束中分离。这在一方面降低制造支出，并且还确保相对更加符合成本效益的毛绒层的生产。

还提供的是，与碳纤维相比，异质纤维的至少一部分展现不同的颜色。在一方面，这使得易于识别异质纤维的可能会使质量降低的聚集体出现的位置，而另一方面，事后还能够将异质纤维以针对性的方式从毛绒层移走（如果这样做变得必要的话）。首要地，为了避免视觉缺陷，可以考虑将异质纤维从毛绒层复合物移走。

实施例还能够提供的是，至少一部分异质纤维展现卷曲部。带有卷曲部的纤维与周围的碳纤维较佳地锚固，使得能够为毛绒层实现另外的局部硬化。所述毛绒层在如下时候是尤其有利的，即，在毛绒层已经被制造之后，在进一步的加工期间被暴露于机械应力时，该机械应力有时可能作为处理的结果而对毛绒层造成损害。

另一个实施例还能够提供的是，异质纤维的至少一部分比在纤维束中的碳纤维平均长近似50%优选地甚至100%。例如，源自于再循环过程的硬化线能够仍然存在于毛绒层中。硬化线特别地包括能够用来使碳纤维织物硬化但在再循环过程期间不被另外地分离的编织线或缝纫线。因为这些线与碳纤维相比通常显著地不易碎，所以这些线即使当在粉碎机特别地锤式粉碎机中被加工时也不会被缩短到如碳纤维那样大的程度。此外，这些线当存在于将被重复利用的纺织物体中时通常已经具有较大的长度。

建立在前述一个实施例上的另一个实施例能够提供的是，异质纤维是玻璃纤维和/或聚酯纤维。特别地，结合碳纤维，聚酯纤维是优选的辅助纤维，其尤其在旨在用于初步硬化的纺织结构中是容易使用的。特别地，聚酯纤维优选地被用于缝纫或编织各个单独的纺织层。其它纤维也是可能的，包含聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维等。

本发明的另一个实施例还能够提供的是，异质物质至少部分地展现化学粘合剂特别地是树脂。因此，该实施例不要求在将纤维转到毛绒形成过程之前将粘合剂从纤维表面移走或完全移走。相反，该粘合剂的一定百分比能够被一体形成到毛绒层中，但是无需降低对随后要制造的纤维复合材料的强度要求。例如，粘合剂甚至反而能够有助于使在毛绒层中的纤维预先硬化，使得毛绒层能够展现提高的纤维内聚力。因此，该类型的毛绒层较容易处理，并且例如当在随后被加工时能够被暴露于更强的机械应力。此外，对于粘合剂来说，与用来后处理毛绒层从而制造纤维复合材料的树脂相同是可能的。作为替代办法，粘合剂还能够与用于随后借助于该毛绒层制造纤维复合材料的另一树脂化学相容。

另一个实施例还能够提供的是，多个包含碳纤维的纤维束不长于15cm，并且特别地不长于10cm。随着长度逐渐缩短，在保持纤维含量恒定的同时能够提高在毛绒层中的相对纤维束含量。然而，这逐渐提高由纤维束给毛绒层提供的强度。在这里，还可能必要的是，纤维束展现在优选地一个预定的方向上具有适当的定向的纤维束段，从而在强度上获得指定方向的提高。然而，这有时需要那些纤维束不下降至最小长度以下。在另一个实施例中，因此这对于不进一步降低到约2cm的较小的长度以下的弯曲的纤维束可以是有利的。

优选实施例还能够提供的是，纤维束包含至少200根，优选地至少500根，并且尤其优选地至少1000根碳纤维。例如，这使得可以提高由纤维束的可能的排列形式对毛绒层提供的强度，作为这种提高的结果，提高的定向依赖强度也被给予随后要制造的纤维复合材料。此外，这使得可以重复使用来自再循环过程的碳纤维织物，这些碳纤维织物通常展现多股，每股包括多于1000根纤维。在适当的过程中，所述纤维在将被重复使用的碳纤维织物中被制备，使得将这些股分解成最小数量的纤维。通过随后在毛绒成型机中被加工，这些股或纤维束能够被更进一步地部分地分解，但是不到超过在根据该实施例的毛绒层中留下许多纤维的程度。

另一个实施例还能够提供的是，毛绒层展现至多50g/m²，并且不小于10g/m²，优选地在35g/m²与25g/m²之间的单位面积质量（单位面积重量）。这样的毛绒层特别地在汽车工业中是尤其期望的，因为它们在随后要制造的纤维复合材料中展现充分的强度，同时允许在部件的重量上的极大减轻。特别地，根据该实施例的单位面积质量使得能够有效地使用贵重原材料、碳纤维，同时与对强度上的最低要求相符合。因此，在所需的强度与目前重量之间的比率是尤其有利的。

在本发明下的目的也在涉及无纺织物或无法材料的实施例中被实现，所述无纺织物或无纺材料展现至少两个根据前述权利要求中的一项的毛绒层，其特别地被针刺在一起。通过将至少两个毛绒层加工成无纺织物或无法材料，这些毛绒层的强度增强性能能够再一次被提高。特别地，可以通过使所述至少两个毛绒层相对于彼此适当地定向而使方向性能或定向性能彼此相互适应。例如，可以将一个毛绒层以第一定向布置，而将第二毛绒层相对于不同于第一定向的另一个第二定向布置。这使得可以在无纺织物或无纺层内限定几个优选的方向。纤维束在这里已经展现初步的定向，并且从而还给予毛绒层适当的定向。本发明旨在防止纤维束因针刺而被分解成多根单个纤维。

无纺材料的另一个优选实施例还能够提供的是，展现根据先前描述的实施例的被针刺用于硬化目的毛绒层。针刺促使由毛绒层包含的纤维变得进一步被缠结，特别地在局部水平上缠结，从而产生局部硬化。如果用充分数量的充分密集的缝线对毛绒层进行针刺，则能够对整个毛绒层结构提供明显提高的强度。

无纺织物或无法材料的另一个实施例还能够提供的是，在毛绒层中的弯曲的纤维束的定向与在另一毛绒层中的弯曲的纤维束的定向偏离至少5°，特别地相差15°、30°、45°、60°、75°或90°的角度。特别地，这使得易于以限定的角度偏差在无纺织物或无纺材料内产生优选的方向。这证明在机动车辆构造中的加工框架内非常有利，因为可以使优选的方向相对于应用适当地适应。

本发明的另一个实施例还能够提供的是，至少两个毛绒层被针刺在一起或一个毛绒层被针刺用于硬化目的，其中在1cm²的面积上平均存在至少1个针刺穿刺孔，优选地至少5个针刺穿刺孔。指定的区域涉及经针刺加工的该毛绒层的区域，该区域优选地代表该毛绒层的整个区域。引入针刺穿刺孔在一方面使该毛绒层硬化，以改善其处理。针刺过程在这里最重要的是产生局部硬化，如上文已经解释的。归因于针刺穿刺孔的选定的密度，该实施例确保局部硬化的数量足够得高，以产生延伸遍及这些毛绒层的整个选定的区域的硬化。这成为可能，特别地当该毛绒层的均匀分布被分成相应1cm²的子单元时，每个子单元展现根据该实施例的针刺穿刺孔的数量。此外，针刺穿刺孔在该毛绒层中提供充分数量的开口，以使得能够更加有效地用液体树脂或聚合物浸渍。这是因为，这些开口使得可以在整个针刺厚度上并且因此如在该实施例中规定的在所述毛绒层的整个厚度上有效地传递树脂或聚合物。这缩短毛绒层的浸渍时间，并且因此还缩短包含所述毛绒层的部件的制造时间。

本发明的目的的解决方案的进一步的方面还能够提供的是，树脂浸渍的部件展现上文描述的毛绒层、或上文描述的无纺织物、或上文描述的无纺材料，其中所述部件特别地被设计为车辆部件。这样的部件能够独立地或与其它纺织结构相结合地展现所描述的毛绒层、无纺织物或无纺材料。特别地，对于所描述的将被由与结构和/或织物结合的部件包含的毛绒层、无纺织物或无纺材料是可能的，其中结构和/或织物被主要供应以吸收应力。车辆的展现所描述的毛绒层、无纺织物或无纺材料的部件（不将被提供用以确保车辆的被动安全性）也是进一步可能的。特别地，这些部件优选地被设计为车辆的外皮的组成部分。可以用树脂浸渍该部件，其中可以实现完全浸渍或甚至仅部分浸渍。此外，树脂浸渍的部件可以被硬化。根据该实施例的树脂浸渍必须还包括适当的聚合物浸渍。

根据本发明的方法的尤其优选的实施例还能够提供的是，该方法不包含分离异质材料的步骤，或不包含部分地分离异质材料的步骤。这减少用于准备将被加工成毛绒层的材料或纤维的数量的步骤数量，因为它省略分离或部分地分离异质材料特别地异质纤维的步骤。当异质材料因此也被一体形成到毛绒层中并且增大毛绒层的基重时，异质材料特别地异质纤维对随后要制造的纤维复合材料的强度仅具有可忽略的影响，使得仍然存在的碳纤维能够确保充分的且期望的强度。

还能够进一步提供的是，包含碳纤维并且在再循环程序中获得的纤维束可以被用于制造毛绒层，特别地用于制造上文描述的毛绒层，同时实现被描述为符合本发明或实施例的方法。

将在下文中使用毛绒层、无纺织物或无纺材料以及用于制造根据本发明的毛绒层的制造过程的各实施例，以基于附图详细地解释本发明。所描绘的实施例并不代表关于整个要求保护的发明的限制。特别地，在下文中要求保护的特征各自分别独立地并且与上文描述的特征相结合地被要求保护。因此，特征的从本发明的观点来看是适当的每种技术上可能的组合在这里都被要求保护。

另外的实施例可以从附属权利要求收集。

附图说明

示出的是：

图1a是根据本发明的毛绒层的第一实施例的顶视图；

图1b是在根据图1的毛绒层中的碳纤维的百分比的孤立视图；

图1c是在根据图1的毛绒层中的异质纤维的百分比的孤立视图；

图2是根据图1c的异质纤维的百分比结合用于特征化异质纤维的图案或图案的阶数的平面分布的示意图；

图3根据本发明的无纺织物或无纺材料的第一实施例的顶视图；

图4是用于图示出由根据本发明的制造方法的实施例包含的各个单独的步骤的序列的流程图。

具体实施方式

为了完整性，在这里应指出的是，示出的这些实施例仅是示意性代表。特别地，对于本发明的特定目的的尺寸和比例能够与所描绘的图示中的那些偏离。

图1展示根据本发明的具有多个包含碳纤维10的纤维束2的毛绒层1的第一实施例。虽然纤维束在这里展现优选的弯曲的行进部，但是它们还能够具有任何其它技术上可能的行进部。目前的纤维束的曲率是利用梳理机加工的结果。纤维束2与由毛绒层1包含的其它纤维（也可以是碳纤维10）缠结，从而使得可以制备足够强的毛绒层1，例如，该毛绒层1可以作为完整结构被从毛绒成型机中移走，或经历进一步的机械加工。

除在图1b上的孤立视图中描绘的一定百分比的碳纤维外，根据图1a的毛绒层1还包含特别地以粗体示出的呈异质纤维20的形式的许多异质材料20。这些异质材料20或异质纤维20被再一次在图1c上以孤立视图描绘。异质材料20或异质纤维20在这里各自被随机地布置。特别地，异质材料20的行进部或异质纤维行进部展现无规律性。此外，各个单独的异质材料20或异质纤维20相互具有纯粹的随机排列。

然而，关于碳纤维10，特别地是由纤维束2包含的那些，事情是不同的。如从图1b上的描绘显而易见的，这些纤维束展现相对类似的弯曲的行进部。所述弯曲的行进部的特征在于，在纤维束的行进部中具有最大曲率的顶点区。顶点区位于纤维束端部之间，其中纤维束端部区与顶点区相比仅展现相对小的曲率。纤维束端部区有时甚至根本不弯曲。

归因于弯曲的行进部，这些纤维束2还不仅大致上在纤维束端部区处的纤维行进部的方向上而且还大致上在与顶点区相切的方向上展现优选的方向。因此，弯曲的行进部确保纤维束2不仅关于力吸收展现优选方向，而且还展现偏离力吸收的、特别地是垂直于第一优选方向延伸的另一个优选方向。

在本发明的框架内，纤维束2的曲率根据在纤维束2中的所有纤维的平均定向行进部来确定。为了该确定的目的，在纤维束中的纤维被依据它们各个单独的空间位置来获取，其中平均位置根据在纤维束2中的各个单独的纤维的可比较的纤维段来计算。特别地，在纤维束2中的纤维被紧紧地塞在圆形截面上，平均行进部基本上与相对于该截面位于纤维束2的中间的纤维的行进部一致。然而，如果纤维成扇形散开，正如通常即将是在纤维束端部处的情况，通过对各个单独的纤维的所有可比较的纤维段的层进行平均来计算纤维束2的平均行进部将是可能的。基于所确立的思想，专家能够计算平均数从而确定平均行进部。

如也可以从图1b上描述收集的，纤维束2展现可比较的定向。在目前的情况下，这意味着纤维束2的顶点区向毛绒层1的一侧定向，而各个纤维束2的单独的纤维束端部指向该毛绒层1的相对侧。

此外，对于所有的纤维束2，在各个单独的纤维束2之间以及在各个紧邻的纤维束2之间的距离仅在可忽略的程度上变化。这涉及如在图1b上所示的横向上各个相邻的纤维束2之间的距离以及涉及在相应的图示中离在纤维束2的上方或下方的下一个的纤维束2的距离。

因此，图案能够源自于在图1b上的各个单独的纤维束2的布置结构，该图案无法在根据图1c的异质材料的布置结构中辨别出。

为了更准确地确定该图案，毛绒层1的经检查的表面段，例如大小为20cm乘20cm的表面段，能够被相应地非常容易地划分成相同的表面子段。这在图2上示意性地指示。在目前的情况下，所描绘的表面段被划分成具有32乘32表面子段的方格形图案。取决于在各个表面子段中的异质材料密度或异质纤维密度，现在能够将值分配给各个表面子段。异质材料密度和异质纤维密度在这里必须被标准化成总的[材料]密度或总的纤维密度。在最简单的情况下，如果一定百分比的异质材料或异质纤维存在于表面子段中，则1的值能够被分配。然而，这种简单的分解仅在足够高数量的、在分布中展现没有百分比的异质材料或异质纤维的表面子段的情况下才有意义。另外，更细的分解是在大多数情况下所要求的。如上文已经描述的，例如，这样的分解能够涉及使用-5到+5的标度以及分配作为异质材料密度或异质纤维密度的函数的积分值，其中最低的密度将被定为-5，并且最高的密度将被定为+5。

如果现在还将相对于如图1b上所示的碳纤维分布（在这里未以任何更多细节描绘）采取可比较的方法，则结果将是标准化纤维密度的改变的分布。因此，与在异质材料密度或异质纤维分布的情况下相比，不同的值将在大多数情况下被分配给各个单独的可比较的表面子单元。为了现在将根据图1b的碳纤维分布和根据图1c的异质材料分布的图案进行比较，可以将各个对应的表面子单元的各个单独的值相互进行比较。该比较能够通过将各个可比较的表面子单元的值相互减去而数学地进行。

如果现在两种图案将是完全相同的，则对于每个表面子单元，减法将产生零值。然而，图案变化越大，通过减去表面子单元产生的各个单独的值越不同。这产生将被比较的图案之间的差异的量度。从实际观点来看，能够确定的是，如果所有相应的可比较的表面子单元的已减值超过平均极限，则两个图案不同。例如，如果被标准化为表面子单元的总数的所有的表面子单元的所有减值的和超过预定的值，则图案会不同。该值必须根据上文选定的标度刻度以合理的方式被确定。例如，在范围从-5到+5的标度内能够测量为0.1。

在目前的情况下，确定两个经检查的表面段的图案之间的差是相对容易的，因为碳纤维10的分布明显不同于异质材料20或异质纤维20的分布。在每种情况下，该差已经能够用肉眼辨别。这是适用的，特别地因为异质材料20或异质纤维20的分布甚至不覆盖经检查的表面段的许多表面子单元。然而，如果大多数或甚至所有的表面子单元被覆盖，则通过减去各个可比较的表面子段的值的图案的简单比较有时能够产生假象。此外，某些图案可以不是直接明显的，因为图案在现有的碳纤维10或异质材料20的数量上几乎是不可感知的。在这方面，可能适合于使用图案比较的更加精确的方法。例如，如上文已经描述的，能够计算所有表面子单元的平面自相关，该平面自相关有时更能够具有被包括在计算中的现有图案的规律。

两种引入的方法在本发明的框架内在比较图案方面是相当的，其中如果被挑选用于图案比较目的的表面段中的已识别的表面子段的至少5%无法显示在重叠中的任何异质材料，则在给定异质材料分布下，优选使用较简单的方法。

图3示出根据本发明的由通过双层（doubling）而制造的毛绒层1的两个折叠层（plies）组成的无纺织物或无纺材料的第一实施例。如果无纺织物存在，则后者可能已经通过针刺毛绒层2的两个折叠层而硬化。在实施例中，两个毛绒层2相对于彼此被布置成使得它们各自的优选方向被相对于彼此转动特定的角度。以这种方式，能够将可以源自于各个单独的毛绒层2的优选方向的强度增强性能以指定方向的方式调整。两个毛绒层1相对于彼此的相对布置能够优选地涉及转动15°、30°、45°、60°、75°以及90°的角度。在目前的情况下，两个毛绒层1的相对布置已经让它们相对于彼此转动了约45°。

图4涉及用于图示出由根据本发明的用于制造毛绒层的方法的实施例包含的各个单独的步骤的发展的流程图。根据流程图，必须切割平面结构，该平面结构展现包含碳纤维10的纤维束2，并且该平面结构由异质材料20特别地由编织线至少部分地固定。例如，切割在这里能够被理解为以其最常用的形式，并且还包含冲切（blanking）步骤。此外，必须的是，特别地在锤式粉碎机中对切割的平面结构进行加工，从而将纤维束2部分地分解成单个纤维；还包含的步骤是将在该加工步骤期间被部分地分解的批次引入到毛绒成型机中、特别地是引入到梳理机中。随后操作该毛绒成型机，使得不将纤维束2完全分离单个纤维，同时仍然使在纤维束2中的碳纤维10与其它纤维缠结。然后，将以这种方式制造的毛绒层从毛绒成型机移走。特别地，该方法也不包含分离异质材料20或异质纤维20的步骤。

在进一步的制造方法中，毛绒层随后还能够被加工成无纺织物或无纺材料。针刺、缝合或编织也可以被考虑用于使相互层叠铺设的几个毛绒层1硬化。由毛绒层1包含的弯曲的纤维束2在这里如果受到损害则必定仅部分地受到损害。

附图标记

1  毛绒层

2  纤维束

10 碳纤维

20 异质材料/异质纤维

31 第一图案

32 第二图案

Claims (19)

1.一种毛绒层（1），所述毛绒层（1）展现多个纤维束（2）以及异质材料（20），所述多个纤维束（2）被部分地分解成单根纤维并且包含碳纤维（10），其特征在于，

所述碳纤维（10）包括所述毛绒层（1）的总重量的至少70%重量，并且所述异质材料（20）包括不超过30%但不小于2%，其中所述异质材料（20）源自于再循环过程。

2.根据权利要求1所述的毛绒层，

其特征在于，

包含所述碳纤维（10）的所述纤维束（2）也至少部分地源自于再循环过程。

3.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

所述异质材料（20）至少部分地展现不是碳纤维（10）的异质纤维（20）。

4.根据权利要求3所述的毛绒层，

其特征在于，

所述碳纤维（10）相互之间展现预定的第一布置结构，所述预定的第一布置结构确定第一图案（31），并且所述异质纤维（20）相互之间展现第二布置结构，所述第二布置结构确定第二图案（32），其中所述第一图案（31）不同于所述第二图案（32）。

5.根据前述权利要求3至4中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

所述异质纤维（20）的至少10%具有比所述碳纤维（10）低1.5倍、特别地是2倍的抗拉强度。

6.根据前述权利要求3至5中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

所述异质纤维（20）的至少一部分为缝纫线或编织线。

7.根据前述权利要求3至6中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

与所述碳纤维（10）相比，所述异质纤维（20）的至少一部分展现不同的颜色。

8.根据前述权利要求3至7中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

所述异质纤维（20）的至少一部分比在所述纤维束（2）中的所述碳纤维（10）平均长近似50%优选地甚至100%。

9.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

所述异质材料（20）至少部分地展现化学粘合剂，特别地是树脂。

10.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

包含碳纤维（10）的所述多个纤维束（2）不长于15cm，并且特别地不长于10cm。

11.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

所述纤维束（2）包含至少200根，优选地至少500根，并且尤其优选地至少1000根碳纤维（10）。

12.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，

其特征在于，

所述毛绒层（1）展现至多50g/m²的，并且不小于10g/m²的，优选地在35g/m²与25g/m²之间的单位面积质量。

13.一种无纺织物或无纺材料，

其特征在于，

所述无纺织物或无纺材料展现至少两个根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层（1），并且所述毛绒层特别地被针刺在一起。

14.一种无纺材料，

其特征在于，

所述无纺材料展现根据前述权利要求1至12中的一项所述的毛绒层（1），所述毛绒层（1）被针刺用于硬化目的。

15.根据权利要求13或14中的一项所述的无纺织物或无纺材料，

其特征在于，

至少两个毛绒层（1）被针刺在一起，或一个毛绒层（1）被针刺用于硬化的目的，其中在1cm²的面积上平均存在至少1个针刺穿刺孔，优选地至少5个针刺穿刺孔。

16.一种用于制造毛绒层（1）的方法，所述方法包含下列步骤：

-对展现包含碳纤维的纤维束（2）并且借助于异质材料（20）、特别地是编织线或缝纫线或粘合剂而被至少部分地固定的平面结构进行切割；

-加工被切割的平面结构以将所述纤维束（2）在松解单元中、特别地是在撕裂机中部分地分解成单个纤维；

-将作为以这种方式加工的结果的被部分地分解的批次引入到毛绒成型机中、特别地是引入到梳理机中；

-操作所述毛绒成型机，不使所述纤维束（2）被完全分离成单个纤维，而是使在所述纤维束（2）中的碳纤维（10）与另外的纤维缠结；

-将所述毛绒层（1）从所述毛绒成型机移走。

17.根据权利要求16所述的用于制造毛绒层（1）的方法，其特征在于，所述方法不包含分离所述异质材料（20）的步骤，或不包含部分地分离所述异质材料（20）的步骤。

18.使用包含碳纤维（10）的并且在再循环程序中获得的纤维束（2）用于制造毛绒层（1），特别地是根据前述权利要求1至12中的一项所述的毛绒层（1），同时实现根据权利要求16或17中的一项所述的方法。

19.一种树脂浸渍的部件，所述部件包含根据权利要求1至12中的一项所述的毛绒层（1）或根据权利要求13至15中的一项所述的无纺织物或无纺材料，其中所述部件特别地被设计为车辆部件。

Images