CN103620101A - 具有增强纤维的可热成型片层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可热成型片层（1），它包括由具有第一再活化温度的第一可热成型材料构成的连接纤维（3a，4a）制成的第一网状物（3）和第二网状物（4）。在该第一网状物（3）和第二网状物（4）之间布置有中间层（2），该中间层包括增强纤维（2a）和第二可热再活化材料的颗粒（2b），该第二可热再活化材料具有比第一再活化温度高的第二再活化温度。该第一和第二网状物（3，4）的连接纤维的某些节段（3b，4b）伸入该中间层（2）中并且部分地彼此粘合以及粘合到该中间层（2）的增强纤维（2a），由此确保组件的黏附。这种片层可以以低成本并且高速度地制造，并且可以用来通过热模制生产部件。

Description

具有增强纤维的可热成型片层

技术领域

本发明涉及基于增强纤维和可热熔或可热再活化材料的可热成型片层，它可用于通过热压来制造复合材料的零件。

背景技术

文献US3863758A公开了一种基于玻璃纤维和热塑性聚合物粉末的片层，所述片层可以是热模制的。玻璃纤维和热塑性聚合物粉末经混合并被包封在边缘已密封的两个外层之间，所述外层防止了玻璃纤维和热塑性聚合物粉末的逸散。所述外层是与所述热塑性聚合物粉末相兼容的热塑性聚合物薄膜。然而，第一个缺点是热塑性材料生产本身相对昂贵。第二个缺点是这种已知的具有细粉末的片层易于老化，并且需要特别的和严格的储存条件（短期存放、低温、无紫外线等）。第三个缺点是所述片层仅能沿着预成型的连接线切割，沿着此连接线所述外层彼此密封在一起。

文献EP1408152Al公开了一种基于由纬纱连接的平行玻璃纤维束，由此构成的织物具有涂有粘胶树脂的区域。

文献FR2548084Al公开了一种由连续纤维簇组成的片层，所述连续纤维簇将热塑性材料粉末颗粒静电吸附在其上。随后由热塑性材料覆盖的纤维簇形成了防止热塑性材料粉末逸散的外壳。

发明内容

本发明要解决的问题是，如何设计一种具有增强纤维和可热再活化材料的新型片层，所述片层可稳定地储存、可以低成本和高效率生产、同时展示出了用于生产令人满意的模制零件的良好性能，尤其是可根据需要随后切割成任意尺寸，而不会容许可热再活化材料的逸散。

本发明所基于的第一个构想是如何设计这样一种可热成型片层，所述片层可基于能够以低成本获得的可热再活化材料，例如可热再活化材料的颗粒（粒料）。

本发明所基于的第二个构想是如何设计其他装置，来确保可热再活化材料与玻璃纤维和外层材料的粘合（粘附）。

为达到上述和其他目的，本发明提出一种基于增强纤维的可热成型片层，该增强纤维连接（联接）到可热再活化材料，该可热成型片层包括：

-由连接纤维制成的第一网状物和第二网状物，至少所述第一和第二网状物的表面由具有第一再活化温度的第一可热再活化材料制成，

-布置在该第一和第二网状物之间的中间层，

–该中间层具有增强纤维和第二可热再活化材料的颗粒，所述第二可热再活化材料具有比第一再活化温度高的第二再活化温度，

-至少第一和第二网状物的连接纤维的某些节段伸入该中间层中，并且部分地彼此相互粘合且与该中间层的增强纤维粘合，从而将第一和第二网状物连接到中间层。

颗粒形式的第二可热再活化材料的使用能够显著地降低可热成型片层的生产成本。由此构成的可热成型片层展示出对老化的低敏感性，从而降低了仓储成本。这种颗粒形式的材料的使用是因为由连接纤维制成的第一和第二网状物的存在而变为可能的，所述网状物封闭了构成中间层的材料，并且在处理可热成型片层期间防止了颗粒的逸散。与此同时，连接纤维的部分彼此粘合且与中间层的增强纤维粘合的伸入节段确保了组件的粘合，从而允许可热成型片层被从其产地运送到组装成最终零件的地方，并且允许根据需要随后将片层切成任意尺寸，同时有效地防止了颗粒的逸散。

由连接纤维制成的第一和第二网状物的存在也使以非编织的形式使用增强纤维变为可能，所述网状物防止了在处理可热成型片层期间增强纤维的逸散。因此就避免了织机的使用。

在下面的描述和权利要求书中，表述“颗粒”描述了任何材料粒状类型，所述类型可以有不同形状，圆形的或有棱角的，并且尺寸在零点几毫米到几毫米之间。这些颗粒可在针对可热再活化材料、尤其是聚酰胺类材料市场上获得。这些颗粒通常称作“塑料丸”，特别是用在注塑模制中，并且是经挤出通过带孔模具而制成的，然后经过冷却将所得细带截成段。

表述“可热再活化的”意指该材料在构成片层之后能够随后流体化，从而扩散并粘附在玻璃纤维上。

第一示例是一种环氧化物类型的可热固材料，它可以在室温以固态部分聚合。此材料在室温下呈固态。通过升温，该材料的粘度会临时地降低，然后所述材料会充分地流体化以在玻璃纤维之间扩散，此后通过聚合硬化。

第二示例是一种热塑材料，它的粘度可当它的温度上升时降低。

因此，表述“可热再活化的”包含可热熔的塑性材料，也包括其他能通过加热而至少一次流体化的树脂、例如环氧树脂。

增强纤维可优选为玻璃纤维。因此会获得由玻璃纤维提供的良好的增强性能所带来的益处。

在连接纤维中，第一可热再活化材料可以是例如聚酰胺/共聚酰胺（PA6/CoPA）、聚乙烯、共聚丙烯、丙烯酸或乙基乙酸乙烯酯（ethyl vinylacetate）。这种材料的第一再活化温度（在此例中为熔点）为大致110℃到150℃。

连接纤维可由单一的第一可热再活化材料制成，或者可由由聚酰胺、聚酯或聚丙烯制成的中央芯部和由具有第一再活化温度的第一可热再活化材料制成的外壳（外皮）构成，所述第一再活化温度低于该中央芯部的再活化温度。

根据一有利性实施例，颗粒形式的第二可热再活化材料可为聚酰胺。

所述连接纤维可为纤维节段，优选为具有大约30到75毫米的长度的纤维节段。

根据第一实施例，在中间层中，增强纤维可为与第二可热再活化材料的颗粒相混合的增强纤维节段。因此生产变得简单，所述中间层可在单个步骤中制成。

根据第二实施例，中间层可以由增强纤维的层和第二可热再活化材料的颗粒层层压（层叠）而成。此第二实施例提供了能够使用长纤维的优点，可通过连续层确保所述长纤维的排列连续不断。

根据本发明的另一个方面，本发明提出了一种用于制造上文定义的可热成型片层的方法，该方法包括下列步骤：

a）在支承件上沉积由连接纤维制成的第一网状物，

b）在该第一网状物上沉积增强纤维和第二可热再活化材料的颗粒，以形成中间层，

c）在中间层上沉积由连接纤维制成的第二网状物，

d）执行针刺操作以使第一和第二网状物的连接纤维的阶段伸入到该中间层中，

e）将该组件加热至足够的温度来软化连接纤维并且致使其有粘性，而不会使得第二可热再活化材料的颗粒再活化，

f）冷轧（压延）所述组件。

所述针刺使得连接纤维层伸入到所述中间层。在后续加热期间，致使所述连接纤维有粘性，并且其伸入节段能够粘合至所述中间层的增强纤维和颗粒。具有更高的再活化温度的所述中间层的材料不受加热和软化所述连接纤维操作的影响，并且保持了其性能。在冷轧期间，所述连接纤维再次固化但其伸入节段仍然粘在所述增强纤维和所述颗粒上，来保证所述组件的粘合。

本发明可有优选地应用于通过热成型由此构造的片层来生产零件。

然后只需将片层放置在一热压模具内，升高所述热压模具的温度到足够的值来触发不仅是连接纤维的再活化，而且是第二可热再活化材料颗粒的再活化。随后第二可热再活化材料会组成覆盖增强纤维的树脂，并且该树脂在冷却后变为固体且给出了零件的最终形状。

附图说明

本发明的其他目的、特征和优点将从下面结合附图对具体实施例的描述中显现出来，在附图中：

–图1是根据本发明的第一实施例的可热成型的片层的纵向截面示意图；

–图2是根据本发明的第二实施例的可热成型的片层的纵向截面示意图；

–图3示意性地示出了针刺过程中图2的可热成型的片层的纵向截面。具体实施方式

如图中所示，根据本发明的可热成型的片层1包括布置在第一网状物3和第二网状物4之间的中间层2。

所述中间层2包括增强纤维2a和第二可热再活化材料的颗粒2b。

所述第一网状物3和所述第二网状物4分别由连接纤维3a和4a制成，至少所述第一和第二网状物的表面由第一可热再活化材料制成。

形成所述连接纤维3a和4a的第一可热再活化材料具有大约在110℃至135℃之间的第一再活化温度T1。

形式为颗粒2b的所述第二可热再活化材料具有比所述第一可热再活化温度T1高的第二可热再活化温度T2。

所述第一网状物3和所述第二网状物4的连接纤维的某些节段3b和4b伸入到所述中间层2中，并且部分地彼此相互粘合且与所述中间层2的所述增强纤维2a粘合。

所述增强纤维2a可由为采用根据本发明的可热成型的片层1制成的最终部件提供令人满意的增强机械性能的任何材料制成。

例如，所述增强纤维2a可以是玻璃纤维、碳纤维、植物纤维。

所述连接纤维3a和4a可由任何具有足够低的再活化温度和良好的粘合性能的材料制成。它们可由单一的第一可热再活化材料制成，例如聚酰胺/共聚酰胺（PA6/CoPA）、聚乙烯、共聚丙烯、乙基乙酸乙烯酯。这些材料的熔点大致在110℃到150℃之间，并且这些材料展示出良好的粘合性能。所述连接纤维也必须与颗粒2b的可热再活化材料兼容：相似的再活化温度、当再活化时结合的能力。

作为另一选择，所述连接纤维3a，4a可以是双组分化学纤维，其包括由聚酰胺、聚酯或聚丙烯组成的中央芯部，和由共聚酰胺、共聚丙烯、共聚酯、聚乙烯、乙基醋酸乙烯酯或任何其他具有比中央芯部的再活化温度低的再活化温度的材料制成的外壳。通过采用聚酯的中央芯部和由共聚丙烯制成的外壳，或聚丙烯的中央芯部和由聚乙烯制成的外壳可获得好结果。

由于双组分连接纤维的中央芯部具有比外壳高的再活化温度，在生产可热成型片层1的过程中，避免了连接纤维3a和4a完全熔化的意外风险。

在用于生产可热成型片层1的加热步骤中，连接纤维的节段因过高的或不良受控的加热而完全熔化的风险也被有效限制，该完全熔化会形成在生产最终部件之后不能有效粘合到所述中间层2的均一的或不可透过的层。双组分纤维的芯部没有（或是很少）被加热改变，并且因此所述连接纤维3a和4a的连接性能得以保全。

连接纤维的伸入节段3b和4b均匀地分布在所述可热成型片层1的表面上，例如以每平方厘米可热成型片层1具有5到50个伸入节段的表面密度分布，并且保证了所述组件的粘合，同时保留了所述可热成型片层1的可变形性和柔韧性。

颗粒2b形式的第二可热再活化材料优选为聚酰胺。这种材料组成了这样一种树脂，即，它的再活化温度明显高于连接纤维3a和4a的第一再活化温度，例如大致在240℃到280℃之间。以这种方式，在用于生产最终部件之前的所述可热成型片层1中，所述第二可热再活化材料以颗粒2b的形式保留，仅与所述增强纤维2a并存并且由所述网状物3和4封闭。

在图1所示出的实施例中，所述中间层2由多个增强纤维层20a、20b和20c和多个第二可热再活化层20d和20e的颗粒层层压而成。一种有利的变型在于排除中央芯部20b。

在图2所示出的实施例中，在所述中间层2中，增强纤维是与可热再活化材料的颗粒2b混合的增强纤维2a的节段，由此形成其中增强纤维2a的节段和所述颗粒2b均一地分布的基本均一的层。

根据本发明的可热成型片层1可以以连续带材的方式生产，所述带材以大长度的带材卷的形式包装。所述带材卷也可具有很大的宽度。由此生产的可热成型片层可被沿长度方向和宽度方向任意切割，以便再包装或热成型。

在图1所示出的其中中间层2是层压的实施例中，所述增强纤维可以是连续的玻璃纤维，或沿各个方向切割的散乱的玻璃纤维节段。

在图2中所示出的实施例，增强纤维应优选为各个方向上散乱并与颗粒2b混合的纤维节段，例如大约为50到150毫米的节段。

为制造这种可热成型片层1，可采用如下方法：

a）在支承件上沉积由连接纤维3a制成的第一网状物3，所述连接纤维可以是第一可热再活化材料的纤维节段，所述网状物可由传统式梳棉机制成，并且通过纵向位移在支承件本身上连续地沉积；

b）在所述第一网状物3上沉积增强纤维2a和第二可热再活化材料的颗粒2b以形成中间层2；为产生图2的实施例的片层，所述增强纤维2a和所述颗粒2b的沉积是通过重力、连续地并且混在一起来执行的，其中当由支承件承载的第一网状物3前进时使增强纤维2a和颗粒2b的混合物落在所述第一网状物3上；

c）在由此形成的中间层2上沉积由连接纤维4a制成的第二网状物4，该第二网状物4也可通过传统式梳理机制成，该第二网状物的沉积在由第一网状物3和中间层2构成的组件前进时连续地执行；

d）在下游，通过使针从该组件的上表面刺入下表面来执行针刺，这使所述第一和第二网状物3和4的连接纤维的节段3b和4b伸入到所述中间层2中，图3示出该步骤并且可辨别包括驱动芒刺（倒钩）8b的针8；

e）然后将所述组件加热至足够的温度以软化连接纤维3a和4a、特别是伸入中间层2中的连接纤维的伸入节段3b和4b并使之有粘性，所述温度必须低于第二可热再活化材料的颗粒2b的再活化温度；

f）最后，冷轧由此形成的组件，以再次固化所述连接纤维3a，4a，3b，4b。

示例

I）在平面支承件上以连续的纵向位移连续地沉积由聚酰胺的连接纤维3a节段构成的第一网状物3，该节段具有在大约2丹尼尔到大约4丹尼尔之间的单位纤度，所述第一网状物离开传统式梳理机。

II）使增强纤维2a和颗粒2b的混合物落在连续纵向位移的第一网状物3上，以构成中间层2；所述增强纤维2a是玻璃纤维的节段，其具有大约30特到100特的单位纤度，并且在各方向上具有大约50到150毫米的长度；所述颗粒大约2毫米的尺寸并且是6X6型聚酰胺，所属颗粒具有大约240℃到280℃的再活化温度。

III）在由所述第一网状物3和所述中间层2形成的组件持续纵向前移的过程中，持续地沉积由连接纤维4a制成的第二网状物4，所述连接纤维4a是聚酰胺纤维的节段，其具有大约2丹尼尔到4丹尼尔之间的单位纤度，所述第二网状物离开传统式梳理机。

IV）由此制成的可热成型片层1的预成型件借助于传送带被引入针刺机，针8的密度是每平方厘米10只，所述针8的刺入深度是12毫米，该刺入深度根据将要生产的片层的厚度选定，所述传送带的滚动速度为每分钟8到15米。

V）在针刺操作之后，将所述可热成型片层1的预成型件引入通气炉中，所述通气炉包括12米长的加热部分并且滚动速度为每分钟8到15米，所述通气炉的温度大约在120℃，与连接纤维3a和4a的软化温度相对应。

VI）在所述通气炉的输出部，进行冷轧操作，该冷轧操作使可热成型片层1具有最终厚度，所述最终厚度为大约4到10毫米。

由此生产的可热成型片层1的单位重量为每平方米800到1800克，包括每平方米200到1000克的增强纤维和每平方米200到1000克的第二可再活化材料的颗粒2b。

根据本发明的可热成型片层1可有利地应用在通过该片层1的热成型制成的各种形式复合零件的生产中。

零件是通过将所述可热成型片层1引入加热模具而成形的，所述加热模具使片层的温度升高到比第二可热再活化材料的颗粒的再活化温度T2高的值。然后所述第二可热再活化材料变为流体并且在所述增强纤维2a之间扩散，以便在冷却或聚合作用之后给予该部件其最终形状。

本发明不限于已明确描述的实施例，它还包括在下面的权利要求的范围中涵盖的各种变型及其概括。

Claims (13)

1.基于增强纤维的可热成型片层（1），该增强纤维连接到可热再活化材料，该可热成型片层包括：

-第一外层和第二外层，它们具有第一可热再活化材料，该第一可热再活化材料具有第一再活化温度，

-中间层（2），该中间层布置在所述第一外层和所述第二外层之间，

-所述中间层（2）具有增强纤维（2a）和第二可热再活化材料，所述第二可热再活化材料具有比第一再活化温度高的第二再活化温度，

其特征在于：

-所述第二可热再活化材料的形式为颗料（2b），

-这些外层包括由连接纤维（3a，4a）制成的第一网状物（3）和第二网状物（4），至少该第一和第二网状物的表面由具有第一再活化温度的所述第一可热再活化材料制成，

-至少所述第一和第二网状物（3，4）的连接纤维的某些节段（3b，4b）伸入所述中间层（2），并且部分地彼此粘合以及粘合到所述中间层（2）的增强纤维（2a）。

2.根据权利要求1所述的基于增强纤维（2a）的可热成型片层（1），其特征在于，所述增强纤维（2a）是玻璃纤维。

3.根据权利要求1或2所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，所述第一可热再活化材料是聚酰胺/共聚酰胺（PA6/CoPA）、聚乙烯、共聚丙烯、丙烯酸或乙基乙酸乙烯酯。

4.根据权利要求1-3之一所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，所述连接纤维（3a，4a）包括单一的第一可热再活化材料。

5.根据权利要求1-3之一所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，所述连接纤维（3a，4a）包括由聚酰胺、聚酯或聚丙烯制成的中央芯部和由具有第一再活化温度的第一可热再活化材料制成的外壳，所述第一再活化温度低于中央芯部的再活化温度。

6.根据权利要求1-5之一所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，颗粒（2b）形式的第二可热再活化材料是聚酰胺。

7.根据权利要求1-6之一所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，所述连接纤维（3a，4a）是纤维节段。

8.根据权利要求1-7之一所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，在所述中间层（2）中，所述增强纤维（2a）是与第二可热再活化材料的颗粒（2b）混合的增强纤维（2a）的节段。

9.根据权利要求1-7之一所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，所述中间层（2）由增强纤维层（20a，20b，20c）和第二可热再活化材料的颗粒层（20d，20e）层压而成。

10.根据权利要求1-9之一所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，该可热成型片层包括每平方米200到1000克的增强纤维（2a）和每平方米200到1000克的第二可热再活化材料的颗粒（2b）。

11.根据权利要求1-10之一所述的基于增强纤维的可热成型片层（1），其特征在于，该可热成型片层以连续带材卷的形式包装。

12.用于生产根据权利要求1-11之一所述的可热成型片层（1）的方法，包括以下步骤：

a）在支承件上沉积由连接纤维（3a）制成的第一网状物（3），

b）在所述第一网状物（3）上沉积增强纤维（2a）和第二可热再活化材料的颗粒（2b），以便形成中间层（2），

c）在所述中间层（2）上沉积由连接纤维（4a）制成的第二网状物（4），

d）执行针刺以使所述第一和第二网状物（3，4）的连接纤维的节段（3b，4b）伸入到所述中间层（2）中，

e）将该组件加热至足够的温度来软化所述连接纤维（3a，4a，3b，4b）并且致使这些连接纤维有粘性，

f）冷轧所述组件。

13.根据权利要求1-11之一所述的可热成型片层（1）的应用，它用于通过使片层热成型来生产零件。

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