CN103764890B - 经固化的纤维束、其制造方法、其用途和由其获得的成型体 - Google Patents

经固化的纤维束、其制造方法、其用途和由其获得的成型体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生产经固化的纤维束的方法，包含以下步骤：a）将熔体或者溶液涂覆到面状的载体带上，以形成粘稠的涂层，b）将平行的长丝在拉应力作用的情况下施布到这样经涂覆的载体带上，c）将长丝压入粘稠的涂层中，以形成浸渍物，d）任选地，通过溶剂蒸发、热固化和冷却中的至少一个步骤，部分地使得涂层固化，直至浸渍物达到能够塑性变形的状态，其中所述步骤仅以这样的程度实施，即，保持能够塑性变形的状态，e）在维持长丝在浸渍物中的卷绕张力的情况下，将浸渍物卷绕在卷芯上成为一个卷，f）任选地，借助至少一个绑带和/或者至少一个粘胶带将外部卷固定在所述卷芯上，g）通过溶剂蒸发、热固化和冷却中的至少一个步骤使得所述浸渍物固化，和h）对经固化的浸渍物进行分割，尤其是平行和垂直于长丝方向，以形成经固化的纤维束，其中在实施步骤g）的过程中在卷上施加压力，该压力来自于长丝在浸渍物中的卷绕张力，本发明还涉及经固化的纤维束作为增强物的用途。

Description

经固化的纤维束、其制造方法、其用途和由其获得的成型体
技术领域
本发明涉及一种经固化的纤维束，其生产方法以及它的在复合材料制造中的用途。
背景技术
在欧洲专利申请1 645 671 A1中公开了联接有聚合物的纤维束状物，通过将线束在人造树脂(一种热固性的或者能够热能硬化的聚合物)或者热塑性塑料的溶液或者熔体的池中拉过，对线束进行浸渍，然后对经过浸渍的线束进行挤压并在纵向和横向上对压平的线束进行切割。
使用合适的切割装置通过切割步骤可以形成长度(作为平行于沿相关纤维束纤维纵向平均矢量的纤维束空间延伸长度的平均值测定)和宽度(作为垂直于沿相关纤维束纤维纵向平均矢量的纤维束每种情况下较大的空间延伸长度的平均值测定)高度一致的线束。在进行针对上述发明的试验时，可以确定，获得的纤维束在随后的用于生产纤维增强塑料或者纤维增强人造树脂的混合过程中容易发生分解，其中尽管纤维束的长度不变或者仅发生少量变化，但其宽度(即垂直于纤维方向的尺寸)会显著降低。不仅在和颗粒状固体，例如热塑性塑料、热固性人造树脂、填充料混合时会发生分解，而且在和液态人造树脂或者沥青以及任意固体与液体物质组合的过程中也会出现，尤其是在混合粉末状固体时特别明显。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种经固化的纤维束，该纤维束具有更好的强度，且在和上述材料进行混合时不会出现分解或者仅出现少量分解。此外，对其生产方法做出建议，该方法实现了高效地且以低廉的价格生产这一类的经固化的纤维束。另一任务在于，对经固化的纤维束的经浸渍的前体产品的存储要求加以改善，从而可以节约存储的空间。
该任务通过一种连续生产经固化的纤维束的方法加以解决，该方法包含以下步骤：
a)将熔体或者溶液涂覆到面状的载体带上，以形成粘稠的涂层，
b)将平行的长丝在拉应力作用的情况下施布到经涂覆的载体带上，
c)将长丝压入粘稠的涂层以形成浸渍物，
d)任选地，通过溶剂蒸发、热固化和冷却中的至少一个步骤，部分地使得涂层固化，直至浸渍物达到能够塑性变形的状态，其中所述步骤仅以这样的程度实施，即，保持能够塑性变形的状态，其中尤其是通过压力装置在涂层固化过程中或者之后直接或者间接在浸渍物上施加力，
e)在维持长丝在浸渍物中的卷绕张力的情况下，将浸渍物卷绕在卷芯上成为一个卷，
f)任选地，借助至少一个绑带和/或者至少一个粘胶带将卷固定在卷芯上，
g)通过溶剂蒸发、热固化和冷却中的至少一个步骤使得浸渍物固化，
h)对经固化的浸渍物进行分割，尤其是平行和垂直于长丝方向，以形成经固化的纤维束，
其中在实施步骤g)的过程中在卷上施加压力，该压力来自于长丝在浸渍物中的卷绕张力。
进而，该任务通过用这一类方法生产出的经固化的纤维束得到解决。
浸渍物在下文中也可以被理解为至少部分进行浸渍的长丝或者纤维构成的结构。在完全涂覆意义上的长丝或者纤维的完全浸渍是不必要的。
详细而言，根据本发明的方法首先将一种熔体或者溶液，优选聚合物熔体或者聚合物溶液以粘稠涂层的形式涂覆到平面状的载体带上，优选在薄膜或者纸带上，涂覆材料基于面积的质量为80g/m2至400g/m2，特别优选100g/m2至200g/m2。在使用熔体的情况下，优选使用热塑性塑料、热固性人造树脂、沥青或者糖的熔体。在使用溶液时，优选使用热塑性塑料、热固性人造树脂、沥青或者糖的溶液。
在如此经过涂覆的载体带上，纤维束状物中包含的平行施布的长丝由整经装置中以一定拉应力拉出，随后，长丝在经过砑光机的辊轮对后被压入粘稠的涂层中，并由此联接在一起。在使用人造树脂、即热固性塑料作为涂层材料时，人造树脂在随后形成多层结构的通道中任选地通过蒸发溶剂和/或热固性塑料的交联反应在加热装置中至少部分进行硬化，多层结构由带覆层的载体带组成，该覆层包含沿输送方向的植入熔体或者粘稠溶液中的平行长丝。在离开加热装置后，在一种优选的变体中，在第二个辊轮对前，从与载体带相对的一侧送入覆盖带，该覆盖带附着在通常仍可变形的、仍然粘稠的涂层上，即适合进行浸渍的涂层上。由此生成的覆盖或者未覆盖的、联接地留下的、施布在载体带上的固化长丝层随后经冷却台继续输送。现在既可以将其直接缠绕在卷芯上，也可以首先在切割装置上沿长丝的纵向切割成单个的窄带，也就是根据期望生成的纤维束的宽度进行分割。在两种情况下，切割带随后均卷绕在卷芯或者梭芯上。卷芯优选使用纸板套筒，例如直径为300mm的纸板套筒。对此，长丝维持预先规定的卷绕张力，该卷绕张力进而促进在卷中带的粘结。在卷绕过程中向纤维束施加一拉应力形成卷绕张力，即纤维束在拉应力作用下卷绕至卷芯上。此外，来自于拉应力的卷绕张力也可以通过浸渍物强度得到促进，通过该拉应力，长丝在保存期间将拉应力加载于经过涂层的载体带上，而对浸渍物进行塑形。
此外，根据期望的纤维束宽度实施的切分可以在下文所述的任选的固定步骤之前或者之后进行，也可以在下文所述的硬化步骤之前或者之后进行。在后一种情况下，整体地载体带上的联接起来的长丝层以整个宽度进行卷绕。
如果施布到载体带上的、联接起来的长丝层的切分在任选的固定步骤或者硬化步骤前进行，则优选在切分步骤后放置覆盖带，其中覆盖带在切分带的每一侧超出切分带宽度至少1mm，优选至少为2mm，尤其是至少5mm。在该情况下如此进行卷绕，即使得切分带的侧面以覆盖带朝向内侧，也就是说朝向梭芯体。
任选地对形成的卷进行固定或者固化的下述方法步骤根据在本发明中实施的试验可以改善纤维束的稳定性。带有经涂层的长丝层的载体带，即浸渍物(下文也称作“预浸带”)以所需长度卷绕至梭芯或卷芯上，任选地使用绑带或者耐热粘胶带进行固定，在使用热塑性塑料或者其他可融化材料时冷却至低于其融化温度，在使用热硬化的、热固性材料时，将热固性塑料在加热装置中进行时效硬化，其中根据人造树脂或者热固性塑料的类型和质量调节合适的温度范围以及所需的停留时间。用于时效硬化的加热装置在使用加热炉时优选以循环空气法运行，同时对于碳制成的有传导能力的长丝，也可以使用其他加热装置，例如微波加热器、红外加热器或者感应加热器。时效硬化条件(如温度和停留时间)通常取决于待时效硬化的材料的质量、加热装置的能量输入、能够热硬化的材料的化学成分(反应性)。当然，此处也可以使用连续运行方式，例如使用贯通炉。
对此重要的是，在硬化(对于热固性塑料)或者冷却(对于热塑性塑料)期间对待硬化的卷施加压力。该压力来自于浸渍物中长丝的卷绕张力，根据一种优选使用的实施方式，通过使用绑带或者粘胶带固定来保持卷绕张力。对于与人造树脂，即热固性塑料联接在一起的碳制成的长丝而言，在卷上施布的力为10N至1500N，特别优选100N至1000N，尤其是450N至800N。对于长度为500mm，芯直径为300mm的卷，这相当于0.5kPa至2kPa之间表面压力。将压力维持在该数量级内，主要是为了获得进一步处理过程中长丝和基材之间所需的附着力。在选择卷绕张力时尤其应使得至少构成0.5kPa，优选至少为1.0kPa的压力。
通过提高加热装置中的温度，在使用热固性塑料或者包含热固性塑料的混合物时会出现材料软化，由此由所述的力导致的卷绕张力进入流动过程，该过程可以继续改善浸渍的均匀性和长丝与浸渍剂的交联。由此可以通过接下来的时效硬化过程形成均一的结构。
如果纤维丝与热塑性塑料或者其他可融化材料(例如沥青)联接在一起，只需要冷却和固化就够了，同样在向卷施加压力的情况下进行。已经得出的是，至少包含质量份额为30％的能够热硬化的，即热固性的材料的混合物能够通过热的作用进行硬化，其中，该下限值取决于热固性塑料和混合物中包含的其他材料的类型。例如，酚醛树脂和沥青(包含的酚醛树脂质量份额至少为30％)混合物也能够热硬化，其中在使用热塑性酚醛树脂时需添加硬化剂，在使用甲阶热固性酚醛树脂时则不需要。
由(时效硬化或者通过冷却固化的)卷出发，根据上述实施方式中的一种，通过纵向切割(即平行于长丝的方向)生产出长丝带或者将长丝带从梭芯或者卷上展开，在这两种情况下，经固化的长丝带被送至横向切割装置，在此被切割成期望的长度(垂直于长丝方向)，由此形成期望的纤维束。
在时效硬化后，过程带(即用作载体带或者覆盖带的纸张或者薄膜)如下文所述的实施示例通过从经时效硬化的联接起来的长丝层重绕进行去除。由此可以对载体带和覆盖带进行继续利用(循环利用)或者商业再利用(下降性循环)。作为替代方案，也可以在后续过程步骤中的继续加工过程中对载体带和覆盖带进行去除。如果载体带和覆盖带和经硬化的预浸带一起经过切分，载体带和覆盖带也可以作为附加料留在产品中。
通过沿纵向(即长丝方向)进行切分获得的长丝带宽度为0.1mm至20mm，优选0.5mm至3mm。横向切断(即垂直于长丝或者纤维方向)通过切割法和/或者冲压法进行，从而得到期望的经固化的纤维束。其长度为2mm至50mm，优选3mm至20mm。
长丝此处通常是指无接头的(即长度受到梭芯容量限制)单根线或者多根平行线；纤维此处是指单根或者多根大致平行的有限长度的线，以合成法制成的纤维的长度通常由切割过程来决定。
在经固化的卷经过冷却和切割后，存在有硬的、形状稳定的、联接起来的纤维层，该纤维层被称作经硬化的预浸带。经硬化的预浸带的长度和宽度由生产过程中的切割过程来限定。
经固化的纤维束具有植入固体基材，尤其是热塑性塑料基材或者人造树脂基材中的平行放置的纤维，其中基材通过冷却至融化温度或者玻璃化温度以下(对于热塑性塑料)或者通过硬化(对于人造树脂或者热固性塑料)进行固化。
由于固化以及卷绕在卷芯上，经固化的、浸渍的纤维层此外具有一个曲率，这使得经固化的纤维束也具有一个曲率。经固化的纤维束在裸眼观察时具有可识别的曲率，即使在其从缠绕体上展开、切割或者冲压后也同样如此。根据随后的滚光方法，使用集成在切割装置中的滚光装置，或者通过在卷上展开后的机械伸展，可以降低甚至避免该曲率。
这一类经固化的纤维束优选用于生产纤维增强的陶瓷材料，尤其是用于生产所谓的碳/碳化硅-材料，该材料目前特别适用于生产刹车片和离合器从动盘。此外也可以用作合成碳材料中的增强物，例如用于熔化炉或者电解应用中的电极、混凝土配筋或者防弹保护装置的材料增强。
该经固化的纤维束具有以下性能：
·单位面积上非常低的质量波动和单位面积上非常低的纤维质量份额、树脂含量波动，而且经其宽度很少形成缝隙，
·纤维束中单位面积上的纤维质量范围介于50g/m2至800g/m2之间，优选100g/m2至350g/m2之间，特别优选200g/m2至300g/m2之间。
·在人造树脂质量份额为40％，浸渍物单位面积质量为400g/m2时，树脂含量可以以精度±3％，最高为±5％进行调节；在没有在应力下进行时效硬化步骤时，波动范围为±15％。
·切割状态下改良的滑动能力：在震动槽内配送时不会出现结球和结团，倾倒角度相对于具有相同长度和宽度分布的、未经应力下时效硬化步骤制成的预浸带切割段低大约一半，
·在切割过程中和已切割状态下，低于1％的低的灰尘质量份额，尤其是细尘和气溶胶的质量份额，
·在经浸渍和经固化的预浸带－切割段或者纤维束中具有高的切割抗剪强度(基于横截面的分离力)，在经固化或经时效硬化状态下70MPa至150MPa(如专利说明书EP 1645 671 A1所述的使用现有技术的纤维束仅可以达到约35MPa至约55MPa)
·纤维束浸渍均匀，由此形成较高的夯实密度，在使用与酚醛树脂相联接的碳长丝时可以实现：比没有进行应力下时效硬化步骤而生产出的产品的夯实密度值高20％至25％。
根据本发明的纤维束的原材料优选使用碳制成的长丝，通过已经公开的方式热解硅有机聚合物获得的陶瓷材料，例如碳化硅、氮化硅、碳氮化硅、碳氮硅硼制成的长丝，芳香聚酰胺(芳族聚酰胺)、热致液晶聚合物、尤其是基于羟基苯甲酸或者羟基萘酚酸的芳香共聚酯制成的长丝，玻璃以及细金属丝制成的长丝。特别优选使用碳制成的长丝。粘合剂或者基材的材料优选热固性或者热塑性的聚合物。也可以使用低分子量有机材料，其可以同热塑性塑料一样作为熔体进行涂覆且在冷却状态下可以赋予纤维束足够强度，例如沥青和/或糖。同时也可以使用所谓的陶瓷前体聚合物，该聚合物在硬化状态下对纤维束进行稳定化，在使用它时，纤维束切割和加工后在材料中通过热学处理转变为陶瓷相的材料，尤其是聚硅氮烷、聚硼硅氮烷、聚碳硅氮烷和聚硼碳硅氮烷通过热处理转化为氮化硅、硼氮化硅、碳氮化硅和碳氮硅硼。纤维束中平行取向的增强纤维位于基材中，基材由聚合物(例如酚醛树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、聚脂数脂、乙烯基酯树脂、苯并恶嗪树脂或者10％质量份额的至少上述一种成分组成的树脂混合物)或者热塑性材料(例如沥青、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚酮)、上述陶瓷前体聚合物、碳或者陶瓷材料(例如CSiC，即使用碳纤维增强的碳化硅)组成。此外，上述聚合物也包含填充料，例如碳黑、石墨或者纳米颗粒(例如碳纳米管、碳纳米纤维)。特别优选使用酚醛树脂粘稠溶液作为粘合剂。
由此生产出的纤维束也可以用于增强热塑性塑料或者热固性塑料，其中纤维束优选和相关基材塑料的粉末或者粒料进行混合，然后通过诸如挤压等方式进行成型。也可以将根据本发明的纤维束在挤出机(例如非连续运行的Z形臂挤出机)或者螺旋挤压机(连续运行的挤压机)中和基材材料进行混合，必要时添加上述填充料。添加根据本发明的经固化的纤维束可以显著改善生产出的成型体的强度和刚性。
附图说明
适合于生产根据本发明的经固化的纤维束方法的设备在图1中作了示意说明。其中：
图1：用于生产卷的设备，该卷根据本发明在拉应力作用下进行缠绕，并在拉伸和由此产生的压力作用下通过热硬化(对于热固性的粘合剂)或者冷却(对于热塑性的，即受热软化的粘合剂)进行固化。
具体实施方式
具体地说，使用10表示整经装置，平行长丝经纱以均匀的层厚在经纱宽度上经过辊轮对11和12。载体带20从此处未详细示出的展开站伸出，并通过按压辊23输送至辊轮对21，22中。辊轮对21，22在其侧表面包含一较窄的、其宽度可以通过辊轮对轴的相对移动进行变化的缝隙，其中从两个辊轮对之间的上方加入液态粘合剂。在粘合剂的粘稠度选择为，使得可以通过辊缝隙进行涂覆，且粘合剂不会从载体带上流走，而是在载体带上形成涂覆层。在一种优选使用的实施方式中，两个辊轮对21和22可以进行加热，由此借助带有连续粘度测量装置和温度控制装置的调节装置可以确保粘合剂保持恒定的粘度。通过辊轮对的相互旋转可以从上方在载体带上拉出均匀的粘合剂薄膜。在一种优选使用的实施方式中，辊轮22不旋转，而辊轮21在旋转时使得其靠近载体带的表面部分逆向于载体带的输送方向进行旋转。通过该方式可以在载体带上施布尽可能均匀的粘合剂薄膜。通过辊轮12可以将长丝经纱压入载体带20的粘合剂层中。在一种特别的实施方式中，从滚轮30通过转向辊轮31从浸渍有粘合剂的长丝经纱上方将另一用作覆盖带的带状物拉出。由载体带20、浸渍有粘合剂的长丝经纱和可能存在的通过滚轮30施布的覆盖带组成的“浸渍物”通过加热装置，例如此处所述的加热台40通过和浸渍物从下方进行面式接触，即在载体带一侧进行加热，或者从上方进行红外加热以及输送至具有纵向或者横向气流的热空气加热管道中进行加热，通过至少一个滚轮对50和51(在图1中显示为三个滚轮对50和51，52和53以及54和55)从上方和下方通过压力进行拉平，其中至少一个滚轮对优选同时进行进行加热，然后任选地输送至冷却装置(此处显示为冷却台60)，经过用作主驱动装置的辊轮70和71以及测量单位面积质量的测量装置72，最后缠绕在卷梭芯80上。通常带有卷80梭芯的梭芯装置实施为，使得可以自动更换梭芯，以便设备可以连续运行。
在步骤a)中优选使用有机物的溶液或者熔体，在步骤h)中，经固化的纤维束在750℃至1300℃的温度下在不存在氧化剂的情况下经过处理，其中至少部分有机物转变为碳。通过该方式生产纤维束，该纤维束在使用碳制成的长丝时由使用碳纤维增强的多孔碳组成。通过垂直于长丝的方向切割(分割)长丝可以获得合适的纤维。
根据本发明生产出的经固化的纤维束优选用作热塑性塑料或者热固性人造树脂的增强物。这一类根据本发明生产出的固化碳纤维束增强的热塑性塑料或者热固性人造树脂可以在750℃至1300℃的温度下在不存在氧化剂的情况下进行处理，其中至少部分热塑性塑料或者热固性人造树脂通过碳化过程转变为碳。如果成型体由这一类根据本发明生产出的固化碳纤维束增强的热塑性塑料或者热固性人造树脂在750℃至1300℃的温度下在不存在氧化剂的情况下进行处理，至少部分热塑性塑料或者热固性人造树脂通过碳化转变为碳，由此获得的碳化成型体通过在高于融化或者蒸发温度的情况下通过以液态或者气态碳化物形成元素渗透、在形成该元素的碳化物的条件下经过处理，则可以获得包含碳化纤维作为增强物的成型体，其基材中包含用于渗透所使用的元素的碳化物以及可能存在的因碳化形成的碳和/或者用于渗透所使用元素的未转化的剩余物。在使用硅作为碳化物形成元素时，获得CsiS即碳纤维增强的碳化硅制成的成型体，其基材中额外包含未转化的碳和/或者未转化的硅的残余物。
特别有利的是，由带有选自沥青与颗粒碳中的一种成分的热固性人造树脂制成的混合物用作粘合剂。
本发明在下文中根据示例进行更详细的说明。所述的方法由多个合起来可制成本发明的纤维束的分步骤组成。
1 生产预浸带
生产了一种单向预浸带，其中首先将液态酚醛树脂(在135℃下经60分钟不流动的材料中，质量百分比大约为71％，粘稠度根据法在20℃下根据ISO 9371进行测定：750mPa·s，1203，Hexion Specialty化学试剂)涂覆到宽度为1100mm用作载体带的带硅涂层的纸张上。载体带单位面积质量为90g/m2，经涂层的纸张厚度为0.07mm。树脂涂覆量调节为，应使得预浸带中单位面积树脂量为190g/m2，波动范围为最高±3％。在涂覆树脂后间隔1800mm，在表面一次性输送单位长丝厚度大约为7μm的50k－碳长丝(C30T050EPY，SGL Carbon SE，每个纤维束大约50000长丝)，由此输送碳长丝后的单位质量上升285g/m2(波动范围同样为±3％)。载体带上的获得的浸渍有树脂的长丝层的宽度大约为1020mm。
在3.2m/min的线速度下，将材料送至带加热台的加热炉中以表面接触的方式在180℃的温度下进行预聚合，对此，其粘稠度因为温度上升而一直下降，直至树脂渗入长丝束中。
在经过加热装置后，在用作砑光机的辊轮对中进行压实和挤压，在辊轮缝隙前形成树脂隆起，从而使得预浸带均匀化并使树脂进入长丝结构中。加热辊轮的温度调节为100℃。
在该情况下，已经证明比较有利的做法是，只有在经过加热台后，但在进入用作砑光机的辊轮之前施布覆盖带，因为通过该方式溶剂和其他液态物质可能会从浸渍有树脂的长丝带中溢出。作为覆盖带使用和载体带相同的、以硅涂层的纸张。通过辊轮对施布的压力通过调节挤压力选为9.8kN。由此可以形成均匀的树脂隆起以及均质的、在外观上自成一体的预浸带。
在另一实验中得出的结论是，通过改变辊轮缝隙来选择规定的辊轮缝隙(此处为0.52mm)和对单位面积质量的少量调节，在砑光机辊轮缝隙调节的间隔支架上最大挤压力为39.2kN时可以使得预浸带的质量分布更加均匀。
由覆盖带、预浸带和载体带组成的浸渍物接着输送至调整为30℃的冷却台上，在选择的线速度下浸渍物冷却至：核心温度大约为41℃。
通过另一用作主驱动装置的辊轮对，浸渍物被输送至卷装置，其中结合砑光机或者树脂涂覆装置的工作方式对单位面积的质量进行连续测量，从而实现单位面积上小的质量波动。
浸渍物以600N的拉力卷绕在用作卷芯的外直径为300mm的纸板圆柱体上。在此总是在150m缠绕长度上更换卷芯，完成的卷通过使用耐热粘胶带捆绑来固定，接着通过操纵臂取走并保存。
完成的浸渍物中(预硬化的)树脂的质量含量为41.5％，液体成分的质量份额为5.5％。
2 浸渍物的硬化
将4个卷安排在一个具有2X2插塞位置的框架中，并至于循环空气炉中进行干燥和硬化。对此需要遵守以下温度程序：
由室温(23℃)下加热至180℃，加热速率为6℃/分钟
在180℃下保持150分钟
在60分钟内由180℃冷却至40℃。
这里的经时效硬化的浸渍物的剩余湿度测定为相当于大约为2.8％的质量份额。
3 切割和冲压
将经时效硬化的浸渍物从卷上脱开，其中覆盖带、载体带和经时效硬化的预浸带相互分离地展开。接着，将带有经时效硬化的预浸带的卷在卷切断机上借助旋转刀片切割为40mm宽的小卷。通过在卷切分时使用的所谓挤压切割法，在该工序中的材料损失质量百分比低于0.2％。
由此获得的经时效硬化的预浸带条带在冲压装置上切断为称作“棒材”的经固化的纤维束，其长度和宽度超过规定的极限值范围内的90％，即宽度在0.8mm至1.1mm的范围内，长度在9.0mm至13.5mm的范围内。与根据申请EP 1 645 671 A1生产出的联接有聚合物的纤维网相比，棒材的长度和宽度标准值份额在相同的冲压条件下：长度要高9％，宽度要高17％。
获得的棒材通过震动槽和装料斗可以顺利地无堵塞地进行配送。
切割抗剪强度在尺寸为50mmX100mm的棒材上求得，数值为121MPa。与根据申请EP1 645 671 A1生产出的联接有聚合物的纤维网相比，切割抗剪强度高大约110％。
与根据申请EP 1 645 671 A1生产出的联接有聚合物的纤维网相比，根据上述发明生产出的具有同样程度的长度和宽度的棒材而言，各个长丝之间横截面中未浸渍区域的总面积低至少20％。该数据通过此类棒材在光学显微镜和电子显微镜下放大截面的图像分析得到确定。
对根据本发明示例的棒材和根据申请EP 1 645 671 A1棒材实施进一步对比试验，其中棒材在不存在氧化剂的情况下在900℃下处理至质量不再变化，其中(两种情况下相同地使用的)经过时效硬化的酚醛数值转化为多孔碳基材。对棒材的孔隙率进行比较，根据本申请的经碳化的棒材孔隙率为28％，根据申请EP 1 645 671 A1的孔隙率为45％。树脂基材的密度越大，碳化后测量到的孔隙率越小。由此可以得出，在定量尺度上，根据本申请的方法实现了更好的浸渍。
附图标记列表
10 纤维送入装置
11，12 转向辊轮
20 载体带
21 涂覆辊轮
22 固定辊轮
23 用于载体带的转向辊轮
30 覆盖带
31 用于覆盖带的转向辊轮
40 加热台
50，51，52，53，54，55 辊轮组
60 冷却台
70，71 拉拽辊轮(主驱动装置)
72 用于单位面积质量的测量装置
80 卷

Claims (16)

1.一种生产经固化的纤维束的方法，该方法包括以下步骤：
a)将熔体或者溶液涂覆到面状的载体带上，以形成粘稠的涂层，
b)将平行的长丝在拉应力作用的情况下施布到这样经涂覆的载体带上，
c)将长丝压入粘稠的涂层中以形成浸渍物，
d)任选地，通过溶剂蒸发、热固化和冷却中的至少一个步骤，部分地使得涂层固化，直至浸渍物达到能够塑性变形的状态，其中所述步骤仅以这样的程度实施，即，保持能够塑性变形的状态，
e)在维持长丝在浸渍物中的卷绕张力的情况下，将浸渍物卷绕在卷芯上成为一个卷，
f)任选地，借助至少一个绑带和/或者至少一个粘胶带将卷固定在所述卷芯上，
g)通过溶剂蒸发、热固化和冷却中的至少一个步骤使得所述浸渍物固化，和
h)对经固化的浸渍物进行分割以形成经固化的纤维束，
其中在实施步骤g)的过程中在卷上施加压力，该压力来自于长丝在浸渍物中的卷绕张力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔体为热塑性塑料、热固性人造树脂、沥青和/或糖的熔体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液为热塑性塑料、热固性人造树脂。
4.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤e)前平行于长丝的方向通过使用切割装置切割，将所述浸渍物切分为带状物。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤h)前平行于长丝的方向通过使用切割装置切割，将所述经固化的浸渍物切分为分卷。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)后立即使用覆盖带对所述浸渍物进行覆盖。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述长丝包括碳长丝。
8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中使用有机物的溶液或者熔体，并且在步骤h)之后，将所述经固化的纤维束在750℃至1300℃的温度下在不存在氧化剂的情况下进行处理，其中至少部分有机物转化为碳。
9.一种能够通过根据权利要求1至8的任意一项所述的方法获得的经固化的纤维束。
10.根据权利要求9所述的经固化的纤维束，其特征在于，所述纤维束的宽度，作为所述纤维束的垂直于相关纤维束中长丝纵向走向平均矢量的在每种情况下较大的空间延伸长度的平均值测定，介于0.1mm至20mm之间，纤维束的长度，作为所述纤维束的平行于相关纤维束中长丝纵向走向平均矢量的空间延伸长度的平均值测定，介于2至50mm之间。
11.根据权利要求9或者10中的任意一项所述的经固化的纤维束，其特征在于，所述纤维束的厚度，作为所述纤维束垂直于相关纤维束中长丝纵向走向平均矢量的每种情况下较小的空间延伸长度的平均值测定，介于0.05mm至2mm之间。
12.根据上述权利要求1至8的任意一项所述的方法生产出的经固化的纤维束作为用于热塑性塑料和/或者热固性人造树脂的增强物的用途。
13.根据权利要求12所述的用途，其特征在于，将用经固化的纤维束增强的热塑性塑料或者热固性人造树脂在750℃至1300℃的温度下在不存在氧化剂的情况下进行处理，其中至少部分热塑性塑料或者热固性人造树脂通过碳化过程转变为碳。
14.一种成型体，其能够通过如下方式获得，即，将用根据权利要求1至8中任一项的方法生产出的经固化的纤维束成型为成型体的、经增强热塑性塑料和/或成型为成型体的、热固性的人造树脂在750℃至1300℃的温度下在不存在氧化剂的情况下进行处理，其中至少部分热塑性塑料和/或热固性人造树脂通过碳化转变为碳，经碳化的成型体通过用液体的或者气态的碳化物形成元素渗透，在高于其熔融温度或者蒸发温度的情况下、在形成该元素的碳化物的条件下进行处理。
15.根据权利要求1至8中任一项所述的方法生产出的经固化的纤维束作为增强物的用途，其中由碳长丝制成经固化的纤维束，而且其中将它们与带有选自沥青与颗粒碳的至少一种另外的成分的热固性人造树脂混合使用作为增强物。
16.根据权利要求15所述的用途，其特征在于，将提供有增强物的混合物加工成成型体，该成型体接着在750℃至1300℃的温度下在不存在氧化剂的情况下进行处理，至少部分热固性人造树脂和沥青通过碳化转化为碳。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013218639A1 (de) * 2013-09-17 2015-03-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundhalbzeuges sowie Faserverbundhalbzeug
EP3277473B1 (de) 2015-04-02 2021-03-24 Evonik Operations GmbH Verfahren zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs
DE102015207815A1 (de) * 2015-04-28 2016-11-03 Technische Universität Dresden Kohlefaser-Metall-Verbundwerkstoff
JP6212146B2 (ja) * 2016-02-23 2017-10-11 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 複合材賦形装置及び複合材賦形方法
US11505502B2 (en) * 2016-10-24 2022-11-22 Florida State University Research Foundation, Inc. Hybrid multifunctional composite material and method of making the same
DE102017101023A1 (de) 2017-01-19 2018-07-19 Airbus Operations Gmbh Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Produktstrangs
US11117362B2 (en) 2017-03-29 2021-09-14 Tighitco, Inc. 3D printed continuous fiber reinforced part
JP7098662B2 (ja) * 2017-06-07 2022-07-11 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー ランダムに配向したフィラメントを有する成形化合物、ならびにその作製および使用方法
CN109532010B (zh) * 2019-01-25 2023-06-16 南京航空航天大学 一种碳纤维复材变角度电损耗自加热原位固化装置及方法
WO2020185862A1 (en) * 2019-03-11 2020-09-17 University Of South Carolina Methods to produce low-defect composite filaments for additive manufacturing processes
JP7421944B2 (ja) 2020-02-17 2024-01-25 本田技研工業株式会社 トウプリプレグの製造装置及び製造方法
CN112047749A (zh) * 2020-07-29 2020-12-08 株洲红亚电热设备有限公司 一种碳碳坩埚及制造方法及感应加热炉
CN112500185B (zh) * 2020-12-23 2023-07-21 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 一种柔性碳碳复合材料的连续性制备方法及其生产装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4495017A (en) * 1980-09-18 1985-01-22 Sumitomo Chemical Company, Ltd. Process for continuous production of prepreg sheets
US5208090A (en) * 1990-02-09 1993-05-04 Somar Corporation Metal single fiber-reinforced prepreg
CN1387993A (zh) * 2001-05-24 2003-01-01 住友电木株式会社 用于制造叠层板的方法
CN1769561A (zh) * 2004-10-08 2006-05-10 Sgl碳股份公司 聚合物粘结的纤维结块
CN101589185A (zh) * 2006-11-16 2009-11-25 霍尼韦尔国际公司 形成单取向纤维结构的方法
CN101856872A (zh) * 2009-04-08 2010-10-13 上海杰事杰新材料股份有限公司 连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55126424A (en) * 1979-03-23 1980-09-30 Nissan Motor Co Ltd Preparation of fiber reinforced resin leaf spring
DE3008490A1 (de) * 1980-03-05 1981-09-10 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur herstellung von glasfaserverstaerkten pressmatten
JP2734135B2 (ja) 1989-11-14 1998-03-30 東レ株式会社 プリプレグの製造方法
EP0614935B1 (de) * 1993-02-02 1998-12-23 Ticona GmbH Thermoformbares, faserverstärktes Verbundmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung
JP4136509B2 (ja) * 2001-12-18 2008-08-20 三井金属鉱業株式会社 プリプレグの製造方法並びにプリプレグの製造装置並びに絶縁層付銅箔の製造方法
DE502006008221D1 (de) * 2006-04-11 2010-12-16 Sgl Carbon Se Verfahren zum Imprägnieren von Kurzfaserbündeln aus Carbonfasern
US8011165B2 (en) * 2006-06-07 2011-09-06 Integritect Consulting, Inc. Composite assembly with saturated bonding mass and process of reinforced attachment
CN101932430B (zh) * 2007-11-30 2013-12-04 帝人芳纶有限公司 由复丝制造的柔性连续带及其制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4495017A (en) * 1980-09-18 1985-01-22 Sumitomo Chemical Company, Ltd. Process for continuous production of prepreg sheets
US5208090A (en) * 1990-02-09 1993-05-04 Somar Corporation Metal single fiber-reinforced prepreg
CN1387993A (zh) * 2001-05-24 2003-01-01 住友电木株式会社 用于制造叠层板的方法
CN1769561A (zh) * 2004-10-08 2006-05-10 Sgl碳股份公司 聚合物粘结的纤维结块
CN101589185A (zh) * 2006-11-16 2009-11-25 霍尼韦尔国际公司 形成单取向纤维结构的方法
CN101856872A (zh) * 2009-04-08 2010-10-13 上海杰事杰新材料股份有限公司 连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及设备

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