CN104718056B - 用于制造纤维增强聚合物复合物的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造纤维增强聚合物复合物的方法，其包括以下步骤：提供至少一条连续的复丝股线，该复丝股线包括多条连续的纤维长丝(5)；将浸渍剂(10)施加至所述股线以形成浸渍的连续复丝股线；和将浸渍的连续复丝股线埋设在用于提供所述纤维增强聚合物复合物的热塑性聚合物材料(3)中，其中所述浸渍剂具有低粘度并且通过将所述浸渍剂喷射到所述至少一条连续的复丝股线上而施加。本发明还涉及用于在这种方法中使用的设备(20)。

Description

用于制造纤维增强聚合物复合物的设备和方法
技术领域
本发明涉及制造纤维增强聚合物复合物的方法，包括以下步骤：提供至少一条复丝股线，该复丝股线包括多条连续的纤维长丝；将浸渍剂施加至所述股线以形成浸渍的连续复丝股线；和绕浸渍的连续复丝股线施加热塑性聚合物材料的鞘以提供所述纤维增强聚合物复合物。
本发明还涉及用于在这种方法中使用的设备(模具)。
背景技术
诸如长玻璃纤维增强聚丙烯(LGF-PP)的纤维增强聚合物对于其在诸如车辆的结构框架的各种部件的结构部件中的应用是已知的。这种复合物具有许多变型，区别在于例如纤维长度或用于埋设纤维的聚合物的种类。这些材料通常做成颗粒物或粒料，从适当制备的纤维的股线产生。
高端地，人们在横过粒料或颗粒物的纤维的均匀分布方面做出了许多努力。这对制造过程提出了一些技术挑战，该制造过程至少包括将复丝股线的纤维埋设在融化的聚合物复合物中。纤维例如可以浸没在融化的聚丙烯中，浸没后冷却下来，并且被切割成粒料或颗粒物。在浸没之前和浸没期间，拉力或股线上的载荷可以被降低或释放，以便使股线的纤维长丝展开，以便产生在粒料内产生散布的纤维分布。
该方法的缺点在于，难以获得适当的分布。由于各种原因，例如由于单个长丝比作为整体的股线更易于破碎，因此仅能以低速适当地进行用于增强纤维散布的额外步骤。用于制造这种高端的高质量LGF-PP粒料的制造过程因此非常慢，大大限制了该过程的产量并且由此导致较高的成本。
制造长玻璃纤维增强聚丙烯(LGF-PP)的另一种方法在国际申请WO 2009/080281中公开。在该方法中，使用浸渍剂施加至复丝股线，所述复丝股线包括多条连续的纤维长丝(或纤维)，其中借助加鞘步骤使股线被热塑性聚合物材料包围。加鞘了的埋设的股线继而被切割成粒料。所述浸渍剂用于在下游处理期间增强纤维在热塑性聚合物基质内的散布，所述下游处理诸如注射模制，使得用于在制造粒料的过程中用于增强散布的任何额外步骤都是多余的。结果，制造过程能以较高速度进行，同时仍提供高质量的粒料。制造LGF-PP颗粒物或粒料的成本因此大大降低。
然而，将所述浸渍剂施加至复丝股线仍形成挑战。所述浸渍剂由在施加温度下的低粘度液体构成，例如与烃油混合的多支链聚乙烯蜡或如石蜡油的蜡。由于低粘度确保股线适当地渗透到达内部长丝，因此粘度水平较低。
将液体涂层施加至诸如光纤的单丝纤维的已知方法是使用模具，纤维长丝被传送通过所述模具。通过将涂层剂供给至纤维长丝被输送通过的压力腔来施加涂层剂，由此将纤维长丝浸没在加压的涂层剂中。压力腔的应用要求涂覆装置的入口和出口的直径被准确地控制。光纤与入口或出口模具之间太大的间隙会导致涂料从涂覆装置排出。
DE102010045428公开了用于制备复合材料的方法，该复合材料由已用基质材料浸渍的纤维股线构成。所述复合材料通过将纤维股线气动地输送通过传送通道并且在其如此被输送的同时将基质材料添加至纤维股线而制备。所述基质材料通过浸渍通道添加。该文献的方法和设备涉及复合材料的制备，该复合材料可以用于(终端)制造颗粒。例如聚丙烯的典型的基质树脂是高分子量材料。本发明涉及将较低分子量的浸渍剂施加至复丝股线，然后在浸渍的复丝股线上施加鞘。
WO2006/119752公开了将功能添加剂或聚合基质材料的一部分施加至多孔材料的方法，其中所述多孔材料在高于环境压力的压力下并且在大于20m/s的速度下和功能添加剂和/或聚合基质材料的所述部分一起被传送通过吹送通道。
用于生产纤维增强聚合物复合物的复丝股线的问题在于股线的形状和直径在其长度和宽度上变化。术语复丝股线在此应被广泛地解释为多条成束的纤维长丝，其中纤维长丝是指单条独立纤维。术语股线因此还包括纱线(绞在一起的长丝或股线的集合)和粗纱或粗纺线(缠在一起的股线的集合)。关于变化的形状和直径，应理解，股线通常作为在线轴上的卷而提供给制造方法，其中多个线轴的股线的端部绑在一起从而形成缠绕在多个相互连接的线轴上的单条粗纱。在捆绑处复丝股线的厚度大约加倍。所述捆绑例如不能通过将彼此延长地(即，端部对端部地)将股线端部连接而形成(这将直径增大保持在限度内)，而是股线通常并排连接并且使用捆绑线将其缝合到一起。另外，复丝股线的横截面通常不是圆形的，而是通常为矩形的。考虑到线轴的解绕，复丝股线通常在进入设备以施加浸渍剂之前绞绕。
作为股线直径变化的结果，用于施加所述浸渍剂或涂层剂的设备应具有入口和出口以及输送段，该输送段的横截面直径至少稍大于股线的最大预期局部直径。否则股线会卡在模具中并且破碎，造成制造过程的延误和损失。因而不能使用用于单长丝纤维的上述方法来将涂层剂或浸渍剂施加至复丝股线的纤维长丝。应理解，用于(单长丝)光纤的涂覆或表面处理的方法和装置的尺寸通常设计成准确地配合这种纤维的横截面形状。为了获得希望的光学性能，光纤的横截面形状和直径通常良好地限定并且在其长度上是恒定的。在用于涂覆光纤的方案中不需要考虑变化。
为了给复丝股线的内部长丝也适当地提供浸渍剂，要求高得多的压力。在入口和出口制成为足够大以同样能传送复丝股线的较粗部分(诸如捆绑部)的情况下，在模具的输送段中无法获得足够大的压力以施加低粘度涂覆液体(或浸渍剂)，这是因为这将使得涂覆液体流出模具开口。
发明内容
本发明的目的是至少部分解决上述问题，并且提供纤维增强聚合物复合物的制造方法，包括将浸渍剂施加至纤维的复丝股线实现股线的高效浸渍。
本发明的另一个目的是提供能将浸渍剂施加至纤维的复丝股线的设备。
上述目的通过提供纤维增强聚合物复合物的制造方法而实现，其包括以下步骤：
-提供至少一条连续的复丝股线，该复丝股线包括多条连续的纤维长丝；
-将浸渍剂施加至所述股线以形成浸渍的连续复丝股线；和
-将浸渍的连续复丝股线埋设在热塑性聚合物材料中以提供所述纤维增强聚合物复合物，其中所述浸渍剂在施加温度下具有2.5至100cS的低粘度并且通过将所述浸渍剂喷射到所述至少一条连续的复丝股线而施加，其中所述喷射通过加压所述浸渍剂并将其朝向所述至少一条复丝股线传送通过至少两个喷射通道或传送通过喷射狭缝而进行。
术语“埋设”本发明的方法的上下文中应被理解为施加热塑性聚合物材料的鞘。这样本发明提供了制造纤维增强聚合物复合物的方法，其包括以下步骤：
-提供至少一条连续的复丝股线包括多条连续的纤维长丝；
-将浸渍剂施加至所述股线以形成浸渍的连续复丝股线；和
-绕浸渍的连续复丝股线施加热塑性聚合物材料的鞘以提供所述纤维增强聚合物复合物，其中所述浸渍剂的低粘度并且通过将所述浸渍剂喷射到所述至少一条连续的复丝股线上而施加，其中所述喷射通过加压所述浸渍剂并将其朝向所述至少一条复丝股线传送通过至少两个喷射通道或传送通过喷射狭缝而进行。
通过将埋设的(加鞘的)浸渍的连续复丝股线切割成具有特定长度的粒料而生产粒料，所述特定长度例如是5-25mm，更优选地是10-15mm。
本发明是基于这样的观察，即，可以通过在压力下将浸渍剂喷射到复丝股线上而给独立纤维长丝提供所述浸渍剂。这样，在股线接收喷射的浸渍剂处的力可以用于使所述浸渍剂渗透股线以到达各纤维长丝和/或更好地覆盖复丝股线的表面。这能施加所述浸渍剂而不必直接在股线附近积累压力，并且由此克服现有技术涂覆方法的问题，尤其是用于涂覆光纤的那些现有技术涂覆方法的问题。本发明释放了在用于施加浸渍剂的设备内复丝股线附近的设计约束，例如关于模具内输送段(即复丝股线被传送通过的段)的尺寸或密封，所述设备在下文中也称为模具。这种输送段的横截面直径可以设计成允许股线的任何直径变化。输送段可以也包括为此目的而足够宽的入口和出口。
复丝股线的表面的改进的涂覆的额外效果在于，当这种粒料经受重复机械载荷时或当通过管道系统或借助振动传送器装置输送粒料时，减少了从包括紧密包围(埋设)玻璃丝的热塑性聚合物鞘的粒料分离的玻璃丝的量。发明人确信根据本发明的方法和设备增强了复丝股线与热塑性聚合物鞘之间的机械联接以及纤维长丝之间的机械联接。
低粘度浸渍剂在压力腔中被加压，诸如绕所述设备的输送段布置的环形压力腔。应理解，另一个可行方案是以足够的压力将低粘度浸渍剂提供给模具，以将所述浸渍剂喷射到模具内的纤维上。
从压力腔到其中输送复丝股线的输送段，多个喷射通道或喷射狭缝使所述浸渍剂能在压力下朝向股线流动。所述浸渍剂以射流的形式从每个喷射通道的端部处的孔或者从喷射狭缝的流出开口留到股线。这些孔和/或流出开口的形状和尺寸可以适当地设计从而优化流动条件。
根据优选实施例，至少两个喷射通道和/或喷射狭缝同心地布置在所述至少一条复丝股线周围，并且相对于在输送段中传送的股线沿径向方向延伸。这能从到所述股线上的多个同心布置的方向将所述浸渍剂施加至股线，从而从若干方向施加所述浸渍剂。本领域技术人员将理解，由于所述狭缝沿径向方向是连续的，喷射狭缝将根据限定提供均匀分布的浸渍。
喷射通道和/或喷射狭缝可以横向于所述至少一条股线的轴向方向或与其成一角度延伸。应理解，当喷射稍微沿着与模具中股线运动相反的方向时，股线接收的射流的力最大。然而，已通过与纤维轴向方向稍微成一角度将低粘度浸渍剂喷射至股线获得了非常好的结果，其中所述角度被选择成使得所述浸渍剂以稍微沿与股线的运动方向相同的方向的角度喷射，因此，根据另一实施例，喷射通道和/或喷射狭缝与股线的轴向方向成角度地延伸，其中所述角度使得将所述浸渍剂喷射到股线的下游方向或上游方向中的至少一个方向中。将相对于(即，垂直于)运动方向的径向方向定义为与股线的轴向方向成90°(π/2)，所述角度可以例如在45°至135°(π/4至3π/4)的范围内被优化地选择，并且更优选地是60°至120°(2π/6至4π/6)，诸如但不限于65°、70°、75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°、110°或115°，或落在给定范围内的任意其他角度。在给定范围内，所述角度可以通过最优化而确定，即，根据在例如横过股线的内部和外部纤维长丝的涂覆特性的均匀性以及在废品最少的生产量方面的工艺产量方面获得的结果来调节所述角度。
根据本发明的另一实施例，喷射通道每个都包括将所述浸渍剂导向到所述至少一条股线的流出孔，其中在流出孔处的压力p0小于所述浸渍剂被加压的压力p1，并且其中压力差p1-p0小于40bar(<4*106Pa)，优选地小于30bar(<3*106Pa)，更优选地小于20bar(<2*106Pa)，或甚至更优选地在0.2至4bar(2*104Pa至4*105Pa)的范围内。或者，喷射狭缝包括将所述浸渍剂导向到所述至少一条股线的流出口，其中流出口处的压力p0小于所述浸渍剂被加压的压力p1，并且其中压力差p1-p0小于40bar(<4*106Pa)，优选地小于30bar(<3*106Pa)，更优选地小于20bar(<2*106Pa)，或甚至更优选地在0.2至4bar(2*104Pa至4*105Pa)的范围内。
喷射通道或喷射狭缝可以布置成沿模具中的股线在单个轴向位置处喷射所述浸渍剂。然而，根据另一实施例，喷射通道或喷射狭缝也可以布置成沿着股线在不同轴向位置处喷射所述浸渍剂。因此，根据另一实施例，其中每个都包括至少两个喷射通道或喷射狭缝的多个喷射单元布置在沿所述连续股线的不同轴向位置处，以将所述浸渍剂喷射到所述至少一条股线上。为了避免怀疑，应理解，喷射单元仅在一个轴向位置处将浸渍剂喷射到股线上。在一优选实施例中，第一喷射单元的喷射通道的径向位置相对于第二喷射单元的喷射通道的径向位置偏移。该构造将允许更有效地施加所述浸渍剂并且将可以沿着股线的圆周改善表面的覆盖。
根据本发明的另一实施例，施加所述浸渍剂的步骤在设备或模具内进行，其中模具包括输送段，所述输送段具有用于输送所述至少一条复丝股线的入口和出口，所述输送段以及所述入口和出口的横截面直径大于所述至少一条复丝股线的最大直径，以使一条或多条股线的直径变化部能穿过。如上所述，复丝股线的横截面直径经常是变化的并且股线的横截面形状通常不是圆形的。根据本发明的方法和设备的重要优点在于，可以释放对其中传送复丝股线的输送段的尺寸的约束。该优点在本实施例中用于加宽入口和出口的直径和输送段的横截面，从而降低在生产过程中阻塞或股线破碎的风险。在根据本发明的方法和设备中，在设备周围与输送段之间的压力差基本为0，从而没有使浸渍剂离开设备的驱动力。因此出口和/或入口的直径可以使得在使用中没有被所述至少一条复丝股线占据的出口和/或入口的总表面面积大于所述孔的总表面面积，所述浸渍剂从所述孔喷射到所述至少一条复丝股线上。优选地，这种自由表面面积在5％与20％之间，更优选地在5％与10％之间，大于将所述浸渍剂喷射到所述至少一条复丝股线上的孔或一个或多个流出口的总表面面积。
在根据本发明的方法中，所述至少一条连续的复丝股线被拉过所述设备以施加所述浸渍剂。所述方法因此与在DE102010045428中公开的方法明显不同。那种方法要求使用空气拖拽来将纤维股线输送通过输送通道。但由于若干原因，空气拖拽的使用并不适合本发明的方法。首先，所述浸渍剂在施加温度下的粘度较低。使用空气拖拽作为复丝股线的输送机理将导致通过在浸渍设备的出口处将浸渍剂推出所述设备而损失大量的所述浸渍剂。相反，本发明的一个目的正是避免这样。其次，使用空气拖拽会导致复丝股线的不良浸渍，这是因为流动的空气将在复丝股线周围形成表面层，这降低了所述浸渍剂被喷射到复丝股线上的速度。如果所述速度降低，所述浸渍剂在复丝股线中的散布将被阻碍。再次，空气拖拽的使用将导致在已施加热塑性聚合物鞘之后复合物中包含气泡。复合物中的气泡会继而当将所述复合物注射模制成产品时出现问题。
因此，本发明的方法不包括借助空气拖拽将复丝股线输送通过用于施加浸渍剂的设备。
根据本发明的第二方面，提供用于将在施加温度下具有2.5至100cS的低粘度的浸渍剂施加至包括多条连续的纤维长丝的连续复丝股线的设备或模具，所述设备包括用于接收和传送至少一条连续的复丝股线的输送段和用于接收所述浸渍剂并将所述浸渍剂施加至所述至少一条股线的至少一个浸渍段，所述浸渍段包括喷射单元，该喷射单元用于将加压的浸渍剂喷射到所述至少一条股线上，同时所述至少一条股线被传送通过输送段，从而形成浸渍的连续股线，其中喷射单元包括多个喷射通道或喷射狭缝，以朝向所述至少一条连续的复丝股线输送加压的浸渍剂。
所述设备可以用于根据本发明的方法施加所述浸渍剂。
所述设备中的喷射通道和/或喷射狭缝横向于所述输送段的轴向方向或与其成角度地延伸，并且如果所述喷射通道或所述喷射狭缝与所述输送段的轴向方向成角度地延伸，则所述角度使得在使用中相对于股线的输送方向将所述浸渍剂喷射到下游方向或上游方向中的至少一个方向中。
优选地，所述多个喷射通道或喷射狭缝绕输送段同心地布置，并且喷射通道和/或喷射狭缝相对于输送段沿径向方向延伸，其中在使用中，所述连续的股线沿轴向方向输送通过输送段。
在根据本发明的设备的优选实施例中，所述设备包括沿输送段轴向地延伸的多个喷射单元或浸渍段。该优选的构造允许沿输送段在若干位置处施加所述浸渍剂，这提供了更高效且更完全的浸渍。优选地，所述多个浸渍段或喷射单元每个都包括具有流出孔的喷射通道，所述喷射通道垂直于所述输送段的轴向方向或与其成角度地延伸，并且第一浸渍段或喷射单元的流出孔的径向位置(在与所述至少一条连续股线在输送段中的传送方向垂直的设备横截面中观察)从第二浸渍段的流出孔的径向位置偏移。该优选实施例的优点在于其释放了对于设备的特定设计约束。例如，其允许喷射单元仅具有两个喷射通道，同时仍在所述至少一条复丝股线的圆周上具有良好的浸渍。
在一实施例中，一个或多个喷射单元包括喷射狭缝，该喷射狭缝沿径向方向是连续的。在使用中，所述浸渍剂被传送通过所述狭缝并且被喷射到一条或多条复丝股线上。
根据本发明的第三方面，提供一种玻璃纤维增强聚合物复合物，其使用上述方法孩子在并且包括埋设在聚合物材料复合物中的多条纤维长丝，所述纤维长丝用浸渍剂浸渍。
本发明的设备的流出孔或流出口经由所述多个(即，至少两个)喷射通道或所述喷射狭缝与压力腔连通以加压所述浸渍剂。
将基于以下非限制性附图进一步解释本发明。
附图说明
将通过参照附图描述本发明的一些具体实施例而进一步说明本发明，其中：
图1示出长玻璃纤维增强聚丙烯复合物的粒料；
图2A示出图1中的粒料横过直线A-A的横截面；
图2B示出图2A的一部分的放大图；
图3示意性地示出用于在根据本发明的方法中使用的设备(模具)；
图4以横截面示意性地示出用于在根据本发明的方法中使用的设备；
图5示出图4的设备在直线C-C上的横截面；
图6示出根据本发明的设备的另一实施例。
具体实施方式
图1示出使用根据本发明的方法制成的长玻璃纤维增强聚丙烯(LGF-PP)复合物的粒料1。粒料1由热塑性聚合物基质3构成在此为聚丙烯，形成在外侧可见的鞘。粒料1的芯部填充有多条玻璃纤维长丝5。粒料1中的纤维长丝5通常并且优选地彼此对准。然而，本发明不限于其中长丝在粒料中对准的制造方法，这是因为本领域技术人员将理解粒料1中可以存在纤维长丝5的一定的不对准。玻璃纤维长丝5的长度对应于粒料1的长度。在粒料1的注射模制之后，粒料1中纤维长丝5的原始通常对准通常消失，导致在聚丙烯基质内均匀分布的纤维长丝5或多或少的随机定向。但应理解，某些应用会要求一定的对准，其可以通过适当的注射模制调节根据用户的选择而设定。在该示例中，粒料1内的纤维长丝5彼此对准。粒料1是通过使用玻璃纤维长丝的连续复丝股线作为基础并且将纤维的股线埋设在热塑性聚合物(这里是聚丙烯)材料中而制造的。在此使用的术语埋设应被理解为加鞘处理，其中给连续复丝股线提供热塑性聚合物(在该示例中是聚丙烯)的鞘。
复丝股线由许多独立的纤维长丝构成，这里所涉及的典型的复丝股线可以包括数千条纤维。在此涉及的复丝股线或粗纱可以包括单根股线，或者可以由两条、三条、四条或更多条股线形成。热塑性聚合物基质3在股线上形成鞘。通常热塑性聚合物基质3将不会存在于独立的纤维长丝之间。热塑性聚合物以融化状态施加，然后加鞘的复丝股线被冷却。在冷却之后，通过将加鞘的浸渍的连续复丝股线切割成具有一定长度的粒料而形成粒料1。粒料的普通长度是大约12mm。更普遍地，粒料1的长度是2至50mm，优选地5至30mm，更优选地6至20mm并且最优选地10至15mm。
图2A示意性地示出粒料1横过图1中的直线A-A的横截面。图2A示出聚丙烯材料3，埋设有多条对其的纤维长丝，诸如纤维长丝7。发明人在实践中观察到，纤维长丝5紧密堆积，在独立的纤维长丝5之间几乎没留下可用空间。因此热塑性聚合物基质3将仅在纤维长丝5周围形成鞘，并且不会或仅较低程度地渗透在独立纤维长丝5之间的空隙中。
虚线方框B示出粒料1的一部分，其在图2B中放大。图2B示出纤维长丝7每个都包括玻璃纤维长丝芯8、第一涂层9(通常是硅烷)和第二涂层10。第二涂层10是在本发明的方法中使用的所述浸渍剂并且在施加温度下具有较低粘度。图2B示出理想的情况，其中每条纤维长丝7都完全被一层浸渍剂10包围。本领域技术人员将理解，给定本发明的方法的特性，不是每条纤维长丝7都会被一层浸渍剂10完全包围。
在国际申请WO2009/080281中描述了适当的浸渍剂。所述浸渍剂不易挥发，具有在热塑性聚合物基质3的熔点以下至少大约20℃的熔点，并且在施加温度下具有2.5至100cS的粘度。在施加温度下，浸渍剂10的粘度应低于100cS，优选地低于75cS并且更优选地低于25cS。在施加温度下，浸渍剂10的粘度应高于2.5cS，优选地高于5cS，并且更优选地高于7cS。粘度高于100cS的浸渍剂难以施加至一条或多条连续复丝股线。需要低粘度以促进纤维的良好浸润性能，但粘度低于2.5cS的浸渍剂难以处理，例如会更难以控制待施加的量。所述浸渍剂的施加温度选择成能获得希望的粘度范围。
浸渍剂10的熔点优选地在热塑性聚合物基质3的熔点以下至少大约20℃。不希望归结于任何理论，发明人任务该熔点差异以及因此凝固或结晶点的差异促进了在施加热塑性鞘和冷却加鞘的股线之后纤维长丝5的浸渍，以及在随后模制期间的纤维散布。优选地，浸渍剂10的熔点在热塑性聚合物基质3的熔点以下至少25或30℃。例如，当热塑性聚合物基质3是熔点大约为160℃的聚丙烯时，浸渍剂10的熔点至多可以是大约140℃。
在本发明中使用的浸渍剂10具有至少两个功能。首先，其将纤维长丝5至少部分地机械联接至彼此并且机械联接至粒料1中的热塑性聚合物基质3(即，鞘)。考虑到当这种粒料1经受重复机械载荷时或当通过管道系统例如借助空气拖拽输送粒料1时或当借助诸如传送带的振动传送装置进行输送时，减少与粒料1分离的纤维长丝5的量，该功能是重要的。其次，浸渍剂10是在模制过程中增强纤维长丝5在热塑性聚合物基质3中的散布的化合物，其中粒料1被模制成物品，在该物品中纤维长丝以基本均匀的方式散布在物品的热塑性聚合物基质3中。
浸渍剂的适当示例包括包括低分子量化合物，例如低分子量或低聚聚氨酯，诸如不饱和聚酯的聚酯，聚已酸内酯，聚乙烯对苯二酸盐，聚酯(α烯烃)，诸如多支链聚乙烯和聚丙烯，聚酰胺，诸如尼龙，以及其他烃树脂。通常，极性热塑性聚合物基质要求使用包含极性官能团的浸渍剂；非极性聚合物基质相应地要求使用具有非极性特征的浸渍剂。例如，为了加强聚酰胺或聚酯，所述浸渍剂可以包括低分子量聚亚酰胺或聚酯，如聚已酸内酯。为了加强聚丙烯，所述浸渍剂可以包括多支链聚酯(α烯烃)，诸如聚乙烯蜡，修整低分子量聚丙烯，矿物油，诸如石蜡或硅以及这些化合物的任意混合物。优选地，在待加强的热塑性聚合物是聚丙烯的情况下，所述浸渍剂包括多支链聚酯(α烯烃)，并且更优选地，所述浸渍剂是多支链聚乙烯蜡；蜡可选地与例如质量百分比为10％至80％，、优选地20％至70％的烃油或如石蜡油的蜡混合，以达到希望的粘度水平。在这方面应注意，所述浸渍剂优选地具有较低粘度水平，以便确保液体适当地渗透股线从而将涂层施加至股线的内部纤维长丝。
包括多条连续的纤维长丝的连续复丝股线通常从其所缠绕在其上的卷轴提供。优选地纤维长丝是玻璃长丝。优选地在本发明的方法中采用包含至多2％重量百分比的尺寸成分的连续玻璃长丝的连续复丝股线。玻璃纤维长丝的连续复丝股线的玻璃纤维长丝密度可以在较宽限度内变化。优选地，复丝股线包含每股500至10000玻璃长丝，更优选地每股2000至5000玻璃长丝。复丝股线的线性密度优选地是1000至5000tex，对应于每1000米1000至5000克。玻璃纤维长丝的粗细优选地是5-50μm，更优选地10-30μm，甚至更优选地15-25μm。通常玻璃纤维长丝的横截面是圆形的，意味着上述粗细是指直径。
用于热塑性聚合物基质3的材料的适当示例包括聚酰胺，诸如聚酰胺6、聚酰胺66或聚酰胺46；聚烯烃，如聚丙烯和聚乙烯；聚酯，诸如聚乙烯对苯二酸盐，聚丁烯对苯二酸盐；聚碳酸酯；聚苯硫醚；聚亚酰胺；以及任何类型的共混聚合物和化合物及其任意组合。更具体地，聚丙烯，可以使用聚丁烯对苯二酸盐和聚酰胺6。优选地，在加鞘过程中使用的热塑性聚合物是结晶聚丙烯，如丙烯均聚物，随机共聚物，或所谓的丙烯和乙烯的多相共聚物和/或其他α烯烃。
图3示出模具插入件20的示意图，其用于根据本发明的原理施加浸渍剂。模具插入件20包括入口(在图3中不可见，但在图4中以附图标记22示出)和出口23。在使用中，连续复丝股线被提供在入口处并且朝向出口23传送通过输送段。输送段在模具插入件20中从入口22延伸到出口23，并且在图3中不可见(在图4中以附图标记25示出)。模具插入件20包括多个固定孔24，允许其固定至用于施加浸渍剂10的设备的壳体。但本发明不限于这种构造，并且也可以应用其他固定装置。另外，模具插入件20包括第一密封狭槽28和第二密封狭槽29。在密封狭槽28与29之间设有环形压力腔27，其中在使用中，浸渍剂10将被加压。在使用多于一个的轴向位置施加所述浸渍剂的可替代实施例中，在模具插入件中可以有若干环形压力腔27(但考虑到本领域技术人员可用和已知的其他应用选项，不是必须的)。
图4示意性地示出用于施加浸渍剂的设备(或模具)的横截面。该设备包括具有内部段的壳体32，其中借助螺栓30固定模具插入件，所述螺栓延伸通过固定孔24到壳体32中。第一密封狭槽28包括第一密封环34，并且第二密封狭槽29包括第二密封环35，一起限定在模具插入件20的环34和35之间的密封段。壳体32还包括浸渍剂供给口37和供给通道38，用于将所述浸渍剂传送至环形压力腔27。
模具插入件20的输送段25在入口22与出口23之间优选地沿直线延伸。在使用中，复丝股线或纱线40通过入口22提供给模具插入件20，并且被朝向出口23传送通过输送段25。浸渍剂10被喷射到所述至少一条复丝股线20上的位置被称为浸渍段。换言之，浸渍段是输送段25的被施加浸渍剂10的部分。输送段25可以具有一个或多个浸渍段。
多个同心定位的喷射通道39从环形压力腔27朝向模具插入件20中的输送段25延伸。喷射通道39可以迫使在压力下的所述浸渍剂从环形压力腔到输送段，以将所述浸渍剂喷射到复丝股线40上。
浸渍剂10在压力腔27中的液体的压力p1与模具插入件的输送段的压力p0之间的压力差p1-p0的影响下被驱动，股线40被传送通过所述输送段。应理解，喷射通道优选地全都具有相同的长度和相同的直径，这确保了沿着通道的压力梯度将相等地产生来自喷射通道39的孔的同样的流出速度。这确保了浸渍剂10以均匀且均质的方式被施加。而且，由于喷射通道同心地布置在股线周围，沿其径向方向延伸，因此所述浸渍剂可以施加至股线40的整个圆周周围。在此限定的喷射单元应理解为使浸渍剂的射流能朝向复丝股线40被引导的单元。在图4中，这种喷射单元包括喷射通道39、环形压力腔27、供给通道38和供给口37。本领域技术人员将理解，仅当这种浸渍剂在一定压力下被传送通过喷射通道39时，才能喷射浸渍剂10。根据设计，尤其是喷射通道39的长度和直径和浸渍剂10的粘度，需要一定的偏移压力以进行喷射。如果压力低于这种偏移压力，浸渍剂10将仅从喷射通道流动，这将不会产生希望的效果。
作为将浸渍剂10喷射到所述至少一条复丝股线40上的结果，输送段25中的压力会等于周围的压力。这允许输送段的更为柔性的设计标准，尤其在其尺寸方面。输送段25的直径和形状可以做得足够大以允许具有变化的直径和不规则形状的复丝股线穿过。这当然也适用于输送段25的入口22和出口23。换言之，输送段25内的压力可以等于设备周围的压力，以便即使当入口22和出口23的尺寸使得他们可以容纳所述至少一条复丝股线40的最大直径时，浸渍剂从设备泄漏的风险也可以降到最低。
输送段25、入口22和出口23都包括适于传送至少一条复丝股线的横截面尺寸。虽然使用直径为2.8mm输送段已经获得了良好的效果，但输送段25的直径可以例如在2.0mm至4.0mm的范围内。出口23的直径可以在2.0mm至4.0mm的范围内，并且最优地是2.8mm。而且入口22可以是渐缩的，如图4所示，包括第一渐缩段22a和第二渐缩段22b。应理解，可以使用带渐缩段的入口22，或者入口可以是如出口23的笔直开口。在图4中，入口22的第一渐缩段22a具有19.5mm的第一直径，逐渐减小到6.0mm的第二直径。第二渐缩段从6.0mm的第二直径朝向2.8mm的第三直径逐渐减小。上述19.5mm的第一直径、6.0mm的第二直径和2.8mm的第三直径的示例应被认为是示例性的。这些尺寸已被测试并提供希望的结果。通常，渐缩的入口的直径可以在以下范围内选择：第一直径在2.0mm与30.0mm之间(最优在6.0mm与20.0mm之间)；第二直径至少为2.0mm，小于或等于第一直径，最优直径是6.0mm；第三直径在2.0mm与4.0mm之间(最优为2.8mm)。在例如如图4所示的渐缩的入口22(22a，22b)的情况下，第一直径大于或等于第二直径，并且第二直径大于或等于第三直径。如果采用笔直入口(即，入口类似于出口23)，其直径将在2.0mm至4.0mm的范围内选择。
横过直线C-C的图4中的模具的横截面在图5中示出。图5示意性地示出浸渍剂供给口37、供给通道38和环形压力腔27。多个喷射通道39从环形压力腔27朝向输送段25延伸通过模具插入件20。如图5所示，在形状和/或横截面直径方面，输送段25的直径允许复丝股线40的直径变化。在使用中，多个射流43从喷射通道39的孔被导向至输送段25中的复丝股线40。
图6示意性地示出根据本发明的设备的另一实施例。除了供给通道38(图6中未示出)和浸渍剂供给口37，图6的设备包括另一供给通道49和另一供给口47。另一供给通道49将所述浸渍剂提供给另一环形压力腔50，浸渍剂由此通过另外多个喷射通道被喷射到一条或多条复丝股线40上。
如图6所示，环形腔27和环形腔50相对于输送段位于不同的轴向位置。所示两个喷射单元的喷射通道的径向位置可以偏移以便使浸渍剂能以更均匀的方式施加到复丝股线上。如果喷射单元的喷射通道的量由于模具插入件20的尺寸和/或喷射通道的目标直径而受到限制，则这是尤其重要的。例如从构造的观点来看喷射单元可以仅包括三个喷射通道，则使用具有径向偏移的的喷射通道的两个喷射单元可以在六个不同的径向位置施加浸渍剂。
如图图4和图6所示，喷射通道可以相对于输送段25的轴向方向稍微成角度。发明人发现这种实施例提供多丝40的高效涂覆。在图4和6中，离开出口23的浸渍了的一条或多条复丝股线用附图标记40'指示。
在此所述的喷射单元优选地包括同心地定位在输送段25周围的2-10个喷射通道。
在一实施例中，喷射单元包括沿径向方向连续的喷射狭缝，而不是多个喷射通道。该实施例是优选的，这是因为它将提供沿径向方向也连续的射流，与从多个喷射通道喷射浸渍剂的实施例相比，这将使得浸渍剂被更均匀地施加。与喷射通道类似，喷射狭缝可以定位成相对于输送段25垂直或与其成一定角度。包括这种喷射狭缝的若干喷射单元可以沿输送段25的轴向方向定位。包括喷射通道的喷射单元和包括喷射狭缝的喷射单元的组合也落在本发明范围内。为了避免怀疑，应理解，喷射单元可以包括喷射狭缝或多个喷射通道，而不是二者。
已参照其某些具体实施例说明了本发明。应理解，附图所示和在此及上文所述的实施例仅用于示例性目的，而绝不是要限制本发明。在此讨论的本发明的范围仅由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.制造纤维增强聚合物复合物的方法，其包括以下步骤：
-提供至少一条连续的复丝股线，该至少一条连续的复丝股线包括多条连续的纤维长丝，
-将浸渍剂施加至所述至少一条连续的复丝股线以形成浸渍的连续复丝股线，和
-在浸渍的连续复丝股线周围施加热塑性聚合物材料的鞘，以提供所述纤维增强聚合物复合物，
其中所述浸渍剂在施加温度下具有2.5至100cS的低粘度并且通过将所述浸渍剂喷射到所述至少一条连续的复丝股线上而施加，并且其中所述喷射是通过加压所述浸渍剂并将其朝向所述至少一条连续的复丝股线传送通过至少两个喷射通道或传送通过喷射狭缝而进行的，并且把所述至少一条连续的复丝股线拉过一设备，该设备包括用于接收并传送至少一条连续复丝股线的输送段和至少一个浸渍段，该浸渍段用于接收所述浸渍剂并且将所述浸渍剂施加至所述至少一条连续的复丝股线，所述浸渍段包括喷射单元，该喷射单元用于在所述至少一条连续的复丝股线被传送通过输送段的同时将加压的浸渍剂喷射到所述至少一条连续的复丝股线上，从而形成浸渍的连续复丝股线，其中喷射单元包括用于将加压的浸渍剂朝向所述至少一条连续的复丝股线传送的所述至少两个喷射通道或所述喷射狭缝。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个喷射通道和/或喷射狭缝绕所述至少一条连续的复丝股线同心地布置，所述喷射通道或所述喷射狭缝相对于所述至少一条连续的复丝股线沿径向方向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中喷射通道和/或喷射狭缝横向于所述至少一条连续的复丝股线或与所述至少一条连续的复丝股线的轴向方向成角度地延伸。
4.根据权利要求3所述的方法，其中喷射通道和/或喷射狭缝相对于所述至少一条连续的复丝股线成45°至135°的角度延伸，从而沿下游方向或上游方向中的至少一个方向喷射所述浸渍剂。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中喷射通道每个都包括流出孔和/或其中喷射狭缝包括流出口，以将所述浸渍剂导向至所述至少一条连续的复丝股线，其中流出孔或流出口处的压力(p0)小于所述浸渍剂被加压的压力(p1)，并且其中压力差(p1-p0)小于40bar。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中喷射通道每个都包括流出孔和/或其中喷射狭缝包括流出口，以将所述浸渍剂导向至所述至少一条连续的复丝股线，其中流出孔或流出口处的压力(p0)小于所述浸渍剂被加压的压力(p1)，并且其中压力差(p1-p0)小于30bar。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中喷射通道每个都包括流出孔和/或其中喷射狭缝包括流出口，以将所述浸渍剂导向至所述至少一条连续的复丝股线，其中流出孔或流出口处的压力(p0)小于所述浸渍剂被加压的压力(p1)，并且其中压力差(p1-p0)小于20bar。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中喷射通道每个都包括流出孔和/或其中喷射狭缝包括流出口，以将所述浸渍剂导向至所述至少一条连续的复丝股线，其中流出孔或流出口处的压力(p0)小于所述浸渍剂被加压的压力(p1)，并且其中压力差(p1-p0)在0.2至4bar的范围内。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个都包括喷射狭缝或至少两个喷射通道的多个喷射单元沿所述至少一条连续的复丝股线布置在不同轴向位置处，以将所述浸渍剂喷射到所述至少一条连续的复丝股线上。
10.用于将在施加温度下具有2.5至100cS的低粘度的浸渍剂施加至包括多条连续的纤维长丝的连续复丝股线的设备，所述设备包括用于接收并传送至少一条连续复丝股线的输送段和至少一个浸渍段，该浸渍段用于接收所述浸渍剂并且将所述浸渍剂施加至所述至少一条连续复丝股线，所述浸渍段包括多个喷射单元，该喷射单元用于在所述至少一条连续复丝股线被传送通过输送段的同时将加压的浸渍剂喷射到所述至少一条连续复丝股线上，从而形成浸渍的连续复丝股线，其中，每个喷射单元包括用于将加压的浸渍剂朝向所述至少一条连续复丝股线传送的多个喷射通道或喷射狭缝，每个喷射通道具有流出孔，而喷射狭缝则具有流出口；其中，所述多个喷射单元沿输送段轴向地延伸。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述喷射通道和/或所述喷射狭缝绕输送段同心地布置，并且喷射通道和/或喷射狭缝相对于输送段沿径向方向延伸，其中在使用中，所述至少一条连续复丝股线沿轴向方向被传送通过输送段。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其中所述喷射通道和/或喷射狭缝横向于所述输送段或与所述输送段的轴向方向成角度地延伸，并且其中如果所述喷射通道或所述喷射狭缝与所述输送段的轴向方向成角度地延伸，所述角度使得在使用中所述浸渍剂被喷射到相对于所述至少一条连续复丝股线传送方向的下游方向或上游方向中的至少一个方向中。
13.根据权利要求10或11所述的设备，包括沿输送段轴向地延伸的多个浸渍段。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述多个浸渍段或喷射单元每个都包括具有流出孔的喷射通道，所述喷射通道垂直于所述输送段延伸或与所述输送段的轴向方向成角度地延伸，并且其中在与输送段中的所述至少一条连续复丝股线的输送方向垂直的设备横截面中观察，第一浸渍段或喷射单元的流出孔的径向位置从第二浸渍段的流出孔的径向位置偏移。
15.根据权利要求10或11所述的设备，其中所述喷射单元包括沿径向方向连续的喷射狭缝。
16.根据权利要求10或11所述的设备，其中所述流出孔或所述流出口经由至少两个所述喷射通道或经由所述喷射狭缝与用于加压所述浸渍剂的压力腔连通。
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