CN1051956C - 编织套筒及用其制成的中空制品 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于模塑连续纤维增强的热塑性树脂中空制品的单向或准单向编织套筒和一种纤维增强的热塑性树脂中空制品，如管子，该套筒含有增强长丝和热塑性树脂长丝，增强长丝在一个方向上进行排列以便它们不互相交叉或在两个相互交叉的方向上进行排列，其比例为在一个方向上排列的增强长丝不超过在另一个方向上排列的增强长丝体积的30%。由该两种套筒制得的中空制品具有较少的富含树脂区或空隙，较高的增强效果和优良的表面光滑度。

Description

编织套筒及用其制成的中空制品

本发明涉及一种适用于制备纤维增强的热塑性树脂中空制品的模塑材料。更具体地说，本发明涉及一种含有热塑性树脂长丝和由连续单丝制得的增强长丝的套筒并涉及一种由该套筒制得的树脂增强热塑性树脂中空制品，如管子。

含有一种作为基体的用连续纤维增强的热塑性树脂的中空制品，如管子，已得到了广泛的应用。用于制备这类中空制品的常用模塑方法包括：

(1)一种包括将树脂浸渍的连续增强纤维卷绕于芯模四周，再用聚酰亚胺带卷绕于其四周，并将该纤维卷绕结构加热使聚酰亚胺带收缩从而施加压力的方法；

(2)一种包括将由连续增强的纤维和热塑性树脂纤维制成的混纺织物卷绕于芯模四周，并将该卷绕结构置于模中在压力下进行加热的方法；

(3)一种包括将由连续增强纤维和热塑性树脂纤维组成的，通过纤维相互缠绕或搀和或通过将热塑性树脂粉末填充于连续增强纤维的长丝(粉末预浸料)中制成的模塑材料卷绕于已加热到能使该热塑性树脂熔化的某一温度的芯模四周，并用加热过的滚筒一边脱气一边卷绕长丝来模塑该卷绕结构的方法；和

(4)一种包括将有机硅管子等嵌入一个由连续增强纤维和热塑性树脂纤维制成的管状的编织物，如编织套筒中，并在模中施加内压来模塑套筒的方法。作为模塑材料的编织套筒是一种由包括纤维相互缠绕或搀和或将热塑性树脂粉末填充于增强纤维长丝中(粉末预浸料)，并将该混合纤维长丝编织成套筒的工艺来制备的，或由一种包括将连续增强纤维长丝和热塑性树脂长丝交替地排列，并将该长丝编织成套筒的工艺来制备的。(例如可参见PCT国际公开WO92/12847)

这些常用的方法各有如下一些缺点。由于方法(1)中所用的树脂浸渍片较硬，要使它卷绕于芯模四周是困难的。方法(2)中所用的混纺织物在卷绕于芯模的过程中容易发生弯曲，从而使得卷绕困难。因为在混织物纺中，连续增强纤维相互交叉，用熔融的热塑性树脂，特别是用具有高粘度的熔融树脂浸渍时，一些交叉点仍倾向于保持非浸渍状态(这些没有浸渍树脂或浸渍树脂较少的区域下文称树脂缺乏区)。此外在交叉点上连续增强纤维的弯曲或起伏降低了增强效果和表面光滑度。方法(3)中，要使连续增强纤维和热塑性树脂纤维相互缠绕或搀和或由这些纤维制取粉末预浸料是困难的。而且，长丝的卷绕仅能制得直形制品。方法(4)中也存在操作困难的问题，如相互缠绕或搀和或粉末预浸料的制取。此外，由于在编织套筒中有许多连续增强纤维的交叉点，因此，方法(4)中也出现了方法(2)中所出现的同样问题，如形成树脂缺乏区和差的表面光滑度。

从产品的观点来看，已知的由纤维增强树脂模塑成的具有中空结构的制品，如管子，包括：

(a)一种将热固性树脂浸渍过的单向排列的增强纤维(所谓预浸料)卷绕于芯模四周，并对该卷绕结构进行加热和加压处理而制得的纤维增强的塑料(FRP)管；

(b)一种将热塑性树脂浸渍过的片材卷绕于芯模四周，再用聚酰亚胺带卷绕，并加热处理该卷绕结构通过聚酰亚胺收缩来施加压力而制得的纤维增强热塑性(FRTP)管；

(c)一种将相互缠绕或搀和的连续增强纤维和热塑性树脂纤维或预浸料卷绕于已加热到能使热塑性树脂熔化的某一温度的芯模四周，并用加热过的滚筒一边脱气一边卷绕长丝来模塑该卷绕结构而制得的FRTP管；

(d)一种将完全由增强纤维制成的管状编织物和热塑性树脂管状膜交替铺放，将有机硅管子嵌入该管状的层压制品中，加热处理该层压制品，并充氮气或空气于有机硅管内以向层压制品施加内压而制得的FRTP管；和

(e)一种将许多由连续增强纤维和热塑性树脂纤维组成的编织套筒堆叠成垛，将有机硅管嵌入堆叠的套筒中，加热处理这些套筒，并充氮气或空气于有机硅管内以施加内压而制得的FRTP管，该编织套筒是由均匀地编织交替排列的增强纤维和热塑性树脂纤维而制得的。

这些常用的FRP管或FRTP管具有以下各自的缺点：FRP管(a)：(I)树脂具有良好的流动性，因而难以控制增强纤维的体积含量。(II)预浸料因其悬垂性差而加工性能差。(III)层压品结构复杂，因而层压时间较长。(IV)含有热固性树脂，管子较硬并易碎。FRTP管(b)：(I)加工性和悬垂性差。(II)不能控制所施加的压力。(III)因浸渍不充分，易产生空隙。FRTP管(c)：(I)制备步骤较多，因而成本较高。(II)模塑材料的悬垂性差。FRTP管(d)(I)因增强纤维相互编织，增强纤维有许多的交叉点，此处因浸渍不充分，易形成空隙。(II)模塑时易形成树脂区(下称富含树脂区)，以致模塑制品的材料均匀性差。(III)在许多交叉点处，增强纤维沿厚度方向弯曲和起伏，因此增强效果不如FRP管(a)。(IV)由于增强纤维在其交叉点处弯曲，因此模塑制品的表面光滑度差。FRTP管(e)(I)增强纤维双向编织成套筒，形成了许多交叉点。因此在交叉点处由于浸渍不充分，易形成空隙。(II)由于富含树脂区的存在，模塑制品材料均匀性往往较差。(III)因存在许多增强纤维的交叉点，增强效果不如FRP管(a)。(IV)由于增强纤维在交叉点处的不均匀性，模塑制品的表面光滑度差。(V)在采用大支数纤维时，树脂浸渍不充分，不能得到充分的增强效果，结果减弱了挠曲强度和抗扭曲强度。大支数纤维浸渍的均匀性可通过增加模塑压力，延长施压时间，提高模塑温度或其它类似的措施来改善，但这些措施均会增加成本。

本发明的一个目的是以较低的成本提供一种模塑套筒，该套筒能提供一种树脂缺乏区和空隙少的，具有良好机械性能，如较少分散的韧性和强度，和良好表面光滑度的纤维增强热塑性中空模塑制品。

本发明的另一个目的是提供一种具有较少树脂缺乏区和富含树脂区，较少空隙，高度均匀性，良好增强效果的(如耐冲击和减震)和优良表面光滑度的纤维增强热塑性树脂中空制品。

本发明者们选择了一种套筒模子作为模塑材料用于制备纤维增强的热塑性树脂中空制品，从最终产品的角度来看，这种模子似乎是最合适的，并且研究了一种结构，利用这种结构可以在不需要增加生产成本的情况下，大大地减少与常用编织套筒或织造套筒有关的缺点，如树脂缺乏区的产生和连续增强纤维的起伏。结果发现，本发明的上述目的可以用一种含有由连续单丝制成的增强长丝和热塑性树脂长丝的编织套筒来实现，其中增强长丝在一个方向上排列以避免交叉点的形成或者其中大部分增强长丝在一个方向上排列，而小部分在其它方向上排列以大大减少交叉点的数目和尺寸。

本发明的第一个实施方案涉及一种用于模塑一种连续纤维增强的热塑性树脂中空制品的编织套筒，它含有由连续单丝制成的增强长丝和热塑性树脂长丝，增强长丝在一个方向上排列以便其不相互交叉(下称单向套筒)，并涉及一种至少含有一种纤维增强的树脂层的纤维增强热塑性树脂中空制品，在树脂层中增强长丝单向排列形成连续的螺旋形结构，该制品是通过将至少一个含有增强长丝和热塑性树脂长丝的编织套筒进行模塑而制得的，增强长丝单向地排列以便其不相互交叉。

本发明的第二个实施方案涉及一种用于模塑连续纤维增强的热塑性树脂中空制品的编织套筒，它含有由连续单丝制成的增强长丝和热塑性树脂长丝，增强长丝在两个交叉的方向上，按在一个方向上排列的次增强长丝不超过在另外一个方向上排列的主增强长丝的30％体积的比例进行排列(下称准单向套筒)，并涉及一种至少包含有一个纤维增强树脂层的纤维增强热塑性树脂中空制品，在树脂层中主增强长丝在一个方向上排列形成连续螺旋形结构和以主增强长丝为基准，不大于30％体积的次增强长丝在一个与主增强长丝相交叉的方向上排列形成螺旋形结构，该制品是通过将至少一个含有由连续单丝制得的增强长丝和热塑性树脂长丝的准单向套筒进行模塑而制得的，增强长丝在两个交叉的方向上按照在一个方向上排列的增强长丝不超过在另一个方向上排列的增强长丝的30％体积的比例进行排列。

图1-(a)说明按照本发明的单向套筒的编织方式。

图1-(b)说明由图1-(a)的单向套筒制得的中空制品的纹理。

图2-(a)说明按照本发明的准单向套筒的编织方式。

图2-(b)说明了由图2-(a)的准单向套筒制得的中空制品的纹理。

图3和4各自说明按照本发明的准单向套筒的编织方式。

图5说明由实例1的套筒制得的中空制品交叉部分的微观结构。

图6说明由对比实例1的套筒制取的中空制品交叉部分的微观结构。

图7说明按参考实例1制得的模塑制品表面的增强纤维模型。

可用于本发明的热塑性树脂长丝可具有任何结构只要该长丝能用编织机进行编织即可，且一般包括由热塑性树脂经熔融纺丝制得的单丝组成的复丝，每根单丝的直径为约5～100微米，可用的热塑性树脂有聚酰胺、聚酯、聚烯烃(如聚丙烯)、ABS、聚碳酸酯、聚醚-酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮。也可使用单丝或由树脂薄膜制得的切膜扁丝。

可用于本发明的增强长丝一般包括含有直径为约3～50微米的单丝的复丝，如碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维和氧化铝纤维。

增强长丝的用量，以增强长丝和热塑性树脂长丝的总体积为基准计，以使用约30～70％的体积为好，更好的是在45～60％的体积。

按照第一个实施方案的单向套筒具体说明如下。

编织套筒由在与套筒轴向对称并相互交叉的两个方向上排列的长丝所组成。

在本发明的单向套筒中，增强长丝仅在一个方向上排列以使其相互平行而不交叉。热塑性树脂长丝可在一个与增强长丝相互交叉的方向上排列，或部分树脂长丝可在与增强长丝相同的方向上排列。

两种长丝编织成套筒的方式没有特别的限制。由单向套筒1构成的编织方式的一个说明性实例示于图1-(a)中，其中长丝2含有热塑性树脂纤维而长丝3含有连续增强纤维。热塑性树脂长丝2a从两股相毗邻的连续增强纤维长丝3a、3b下面通过，然后从下两股相毗邻的连续增强纤维长丝3c、3d上面通过。与长丝2a相毗邻的热塑性树脂长丝2b从两股连续增强纤维长丝3b、3c的下面通过，然后从下两股相毗邻的连续增强纤维长丝3d、3e的上面通过。多数热塑性树脂长丝2和多数连续增强纤维长丝3均按这种方式进行重复编织，从而形成管状套筒1。

以图1-(a)的单向套筒为例，通过制备一组热塑性树脂长丝筒管和一组增强长丝筒管并将前一组筒管放置于编织机右边的杆上，后一组筒管放置于左边的杆上。筒管放置于哪一边取决于所希望得到的编织图案。可采用增强长丝和热塑性树脂长丝来编织，或者也可采用增强纤维-热塑性树脂纤维的混合长丝来编织。增强长丝-热塑性树脂纤维的混合长丝的实例包括一种含有增强长丝和热塑性树脂长丝的合股长丝以及一种含有增强纤维和热塑性树脂纤维的搀和长丝。

按照第一个实施方案的中空制品是一种由至少一个如上所述的单向套筒制得的模塑制品，其制备方法如下。

将一个或多个单向套筒放置于芯模上使之达到一种如模塑制品所希望的适当厚度。通常采用偶数个套筒为好。因单向套筒呈管状而且是柔软的，所以能很容易地将它一个接一个地放置于芯模上。在采用两个或更多个单向套筒时，应将至少一个其增强长丝在一个方向上编织的单向套筒和至少一个其增强长丝在另一个方向上编织的单向套筒交错地放置于芯模上，以使制成的模塑制品具有在反方向上叠加的增强纤维。该种模塑制品具有均匀的方向性从而避免了翘曲或扭曲。如果需要的话，可以在沿套筒轴方向0°或90°的角度上将由平行的增强纤维组成的单向预浸料、混纺织物制成的套筒，或混纺织物嵌入单向套筒之间以获得最终用途所需的强度和刚性。

当把所需数目的单向套筒放置于芯模上后，抽出芯模，并代之嵌入一根用于施加内压的管子，如有机硅管子。将管子与其所在的套筒放进一个规定的模子里，在管子里充以氮气、空气等，以便在比所用树脂的熔点高约30～50℃的温度下进行加热处理时产生一个较好为5～20千克/厘米²的内压力。经加压和加热，套筒里的热塑性树脂纤维就熔化并浸渍进入增强纤维形成基体，而增强纤维仍保持未熔化状态。然后将该模子冷却以使熔化的热塑性树脂基体硬化，使模塑制品从模子里脱出，可得到一种纤维增强的热塑性树脂中空制品。

在制成的中空制品中，一个或多个单向套筒形成了纤维增强的树脂层或其层压制品。如图1-(b)所示，由每个单向套筒制得的纤维增强树脂层1′含有一个树脂基体，其中的增强纤维2’在一个方向上排列而形成连续螺旋形结构。在有增强纤维交叉织纹花样的普通的纤维增强树脂中空制品中，其中的增强纤维在每个交叉点的厚度方向上起伏，与此相比较，本发明第一个实施方案的中空制品中的增强纤维平整地排列，没有发生这种起伏的缺陷。因为多个单向套筒按增强纤维的方向进行交向层压，所以其模塑制品整体来说是一种双向增强的制品。

上面所提到的按照第一个实施方案的中空制品的结构具有如下优点。因为在单个单向套筒上，增强纤维不相互交叉，因此在模塑时没有形成树脂缺乏区。用熔融的树脂将即使是大支数的纤维进行充分浸渍而形成的纤维增强树脂层仍具有较少的空隙。纤维增强树脂层中的各股增强纤维平整地排列而不起伏，从而改善了增强效果并大大减少了富含树脂区的形成。结果，模塑制品具有高度均匀的物理性能和良好的表面光滑度。

在将多个单向套筒进行层压时，两个相毗邻套筒的增强纤维的方向互相交叉。然而，不象混纺织物型材料那样，增强纤维仅在某种角度上叠加而保持其平整性。因此基本上不会产生由于混纺织物中的增强纤维的交叉而形成的缺陷，如浸渍不充分或增强效果降低。

因为按照本发明的模塑材料是一种纤维编织的管状结构，因此该模塑材料是柔软的并易于操作。因为是管状的，因此可以很容易地将套筒置于芯模上。由于单股长丝仅由连续增强纤维或热塑性树脂纤维所组成，因此不需要象普通技术所涉及的一种在编织前进行的复杂的工艺操作，如连续增强纤维和热塑性树脂纤维的相互缠绕或搀和，从而降低了生产成本。

当本发明的单向套筒在加压下进行加热处理时，热塑性树脂就熔化并浸渍进入连续增强纤维以提供一种连续纤维增强的中空制品。因为在单一套筒上的连续纤维单向地排列没有形成交叉，从而可以大大减少倾向于伴随产生连续增强纤维的交叉的树脂缺乏区。而且由于不形成交叉点，即没有波纹结构，连续增强纤维并不发生挠曲。结果当多个单向套筒进行层压和模塑时，从厚度方向观察发现连续增强纤维形成了整齐的层状结构，而没有较大的富含树脂区存在。从而得到了一种具有良好增强纤维增强效果和良好外观的中空制品。

按照本发明第二个实施方案的准单向套筒含有热塑性树脂纤维和连续增强纤维，连续增强纤维分为主增强长丝和按主增强长丝计不超过30％体积的次增强长丝，其中的主增强长丝在一个方向上进行编织，而次增强长丝在与主增强长丝相交叉的另一个方向上进行编织。也就是说，在一个方向上排列的增强长丝(主增强长丝)与在另一个方向上排列的增强长丝(次增强长丝)的比例是100∶不高于30。

热塑性树脂纤维可在一个与次增强长丝平行的方向上进行编织或同时在次增强长丝方向和主增强长丝方向上进行编织。主增强长丝和次增强长丝在材料上和/或支数上可以是相同的或是不同的。

准单向套筒的编织方式不受具体限制。图2-(a)、3和4示意出了准单向套筒编织方式的典型例子。

在图2-(a)中，准单向套筒5含有在一个方向上排列的主增强长丝6a和在与长丝6a相交叉的方向上排列的次增强长丝6b及热塑性树脂长丝7，长丝6b与长丝7的比例是1∶3。在该实例中，主增强长丝6a和次增强长丝6b在材料和支数上是相同的。因此，次增强长丝6b与主增强长丝6a的体积比为1/4，即25％。

在图3中，准单向套筒1含有在一个方向上排列的主增强长丝2(或2A)、在一个与长丝2相交叉的方向上排列的次增强长丝3A和在一个与长丝3A相同方向上排列的热塑性树脂长丝3B。小写子母a到e是为了区别每一长丝而设定的。一股长丝2a从两股相毗邻的长丝3a、3b下面通过，然后从下两股相毗邻的长丝3c、3d上面通过。与长丝2a相毗邻的长丝2b从两股相毗邻的长丝3b、3c的下面通过，然后从下两股相毗邻的长丝3d、3e的上面通过。该种编织方式的重复进行就制得了管状的套筒1。

正如图2-(a)和图3所描绘的，当增强长丝在两个方向上进行编织时，增强长丝在不同编织方向上有大不相同的体积。这就是，在一个方向上的增强长丝(次增强长丝)的体积不超过在另一个方向上的增强长丝(主增强长丝)体积的30％。

上面提到，在不同方向上的增强长丝具有不同的体积，这可通过，例如，改变长丝的支数和/或长丝的尺寸(单丝的直径、单丝的数目等)的方法来实现。热塑性树脂长丝可在同次增强长丝相同的方向或同时在两个方向上排列。

准单向套筒的编织方式可参见图3和图4来得到更具体的说明。在图3中，长丝2的数目和长丝3的数目相同，所有的长丝2都是连续增强纤维长丝2A，而长丝3由连续增强纤维长丝3A和热塑性树脂长丝3B按1∶7的数目比例组成。因此，连续增强纤维长丝3A(次增强长丝)的数目是连续增强纤维长丝2A(主增强长丝)数目的1/8。假设长丝2A和长丝3A有相同的粗度，则次增强长丝与主增强长丝的比例是1/8，即按体积计为12.5％。由此可见，将连续增强纤维长丝3A和热塑性树脂纤维长丝3B按适当的比例(图3示意的是1∶7这一具体例子)进行编织，就可将次增强长丝与主增强长丝的比例调整到所希望的比例。这就是说，即使所用的长丝2A和长丝3A是具有相同粗度的增强丝，次增强长丝和主增强长丝的比例仍可调整得到一种所希望的体积百分比。同样通过改变长丝2A和长丝3A的粗度也可能改变这种比例。

图4说明了准单向套筒编织方式的另一个例子，套筒1’由含有按1∶1数目比的主增强长丝2A和热塑性树脂长丝2B的长丝2和含有按1∶7数目比的次增强长丝3A和热塑性树脂长丝3B的长丝3组成。因此次增强长丝与主增强长丝的数目比是1/4。因此，在热塑性树脂长丝用于两个方向的情况下，将增强长丝和热塑性树脂长丝在每个方向上，按适当的比例(在该具体实例中，在一个方向上为1∶1而在另一个方向为1∶7)进行排列，就可将在一个方向上排列的次增强长丝与在另一个方向上排列的主增强长丝的比例调整到所希望的比例。这就是说，即使长丝2A和长丝3A使用相同粗度的增强长丝，在一个方向上排列的次增强长丝与在另一个方向上排列的主增强长丝的比例仍可调整到所希望的体积百分比。同样也可通过改变长丝2A和3A的粗度来改变这种比例。

尽管在图2-(a)，3和4中，在一个方向上排列的主增强长丝占有较大的比例而在另一个方向上排列的次增强长丝占有较小的比例但这种定向性当然也可以颠倒过来。

因此通过使增强长丝在不同的编织方向上具有大不相同的体积，而长丝的粗度基本相同。由此形成的交叉点的数目与一种在两个方向上采用相同数目长丝制成的编织物的交叉点数目相比大大减少，结果由于交叉点所造成的缺陷，如树脂缺乏区的形成、增强效果的降低和表面光滑度的不良均大大消除了。在不同方向上使用具有不同粗度的增强长丝的情况下，交叉点的数目并非总是可以减少的。在这种情况下，由于各个交叉点的长丝中有一股是较细的，使得交叉点的面积或厚度较小，因此由于交叉点而产生的缺陷也减少了。这就是说，由于细长丝形成的各个交叉点几乎不产生树脂缺乏区，以及由于交叉点较小或较细，从而减少了对表面光滑度的不利影响。尽管较细的长丝在通过较粗的长丝上面和下面时会产生波纹，但具有较高增强效果的较粗的长丝并不产生明显的波纹，因而增强效果的减低并不明显。因此按照本发明的准单向套筒大大地消除了与增强长丝的交叉有关的缺点。

在按照本发明的第一个实施方案的单向套筒中的连续增强长丝仅在一个方向上排列所以不形成交叉，与此相比较，第二个实施方案中的准单向套筒在一个与主增强长丝相交叉的的方向上使用一小部分的次增强丝，从而在模塑时产生了可以控制主增强长丝打滑的效果。

如果次增强长丝的比例超过主增强丝体积的30％体积，那么上面所提到的交叉点数目减少或交叉点尺寸减小的效果就不明显。次增强长丝的比例越小，交叉点的数目就越少。从这一观点来说，次增强长丝比例的下限并不苛求。然而从控制主增强长丝打滑效果这一立场来看，次增强长丝所使用的数量以主增强长丝体积计较好至少为5％的体积，更好为10～20％体积。

通过制备一组热塑性树脂纤维长丝的筒管和一组连续增强纤维长丝的筒管，并将各组筒管按要求的比例放置于编织机右边或左边的杆上就可实现将纤维编织成一种准单向套筒。

以图2-(a)的套筒5为例，将一种增强长丝的筒管放置在右边的杆上，并将一种增强长丝的筒管和一种热塑性树脂长丝的筒管按左边杆上的增强长丝与热塑性树脂长丝1∶3的比例放置在左边的杆上。就图3的套筒1来说，在右边的杆上放置了一种增强长丝的筒管，而在左边的杆上放置了一种增强长丝的筒管和一种热塑性树脂长丝的筒管，左边杆上增强长丝与热塑性树脂长丝的比例为1∶7。就图4的套筒1’来说，右边的杆上按1∶1的比例放置了一种增强长丝和热塑性树脂长丝的筒管，而左边的杆上按1∶7的比例放置了增强长丝和热塑性树脂长丝的筒管。

总之，筒管放置于哪一杆上取决于编织图案的设计。

可用于按照第二个实施方案的准单向套筒的增强长丝和热塑性树脂长丝的材料、结构和尺寸与第一个实施方案的单向套筒所用的相同。有关单向套筒所描述的增强纤维一热塑性树脂纤维混合长丝也可用于编织准单向套筒。与单向套筒相似，在单个准单向套筒上的总的增强长丝的比例以约30～70％体积为好。

用与所述制备单向套筒相同的方法将单个或层压的准单向套筒经加热加压模塑可制得一种中空制品。具体地说，在将许多准单向套筒进行层压时，较好的是制备两种不同的准单向套筒；例如一种套筒含有仅由连续增强纤维组成的在一个方向上(方向A)排列的长丝和在另一个方向上(方向B)排列的热塑性树脂纤维及小部分连续增强纤维的长丝，如图3所示，而另一种套筒则相反(在B方向上仅排列着含有增强纤维的长丝，而在A方向上排列着热塑性树脂纤维长丝和小部分连续增强纤维长丝)。交错地将这两种准单向套筒放置于具有一定形状的芯模上，使得一种套筒的主增强长丝的方向可以与其下面放置的套筒的主增强长丝的方向相交叉。结果制得的模塑制品具有均一的方向性从而避免了扭歪或变形。可按最终获得的模塑制品所要求的厚度来选取层压的套筒的数目。

如果需要的话，可以在0℃或90℃的角度上将一种由平行增强纤维组成的单向预浸料或一种由混纺织物制成的套筒嵌入在准单向套筒之间以获得最终用途所要求的强度和刚性。此外，如果需要的话，也可组合使用按照本发明的第一个实施方案的单向套筒。

在组成中空制品的每个纤维增强树脂层上，在一个方向上排列的次增强纤维的体积不超过在另一个方向上排列的主增强纤维体积的30％，因此减少了由次增强纤维和主增强纤维形成的交叉点的数目和尺寸，从而产生了足够的增强效果并改善了表面光滑度。此外，还可以大大减少增强纤维定向或排列中的不正常现象。

因为本发明的模塑材料是一种纤维编织的管状结构，因此它是柔软的并易于处理的。因为是管状的，因此很容易将套筒(组)放置于芯模上。由于单股长丝仅由连续增强纤维或热塑性树脂纤维所组成，因此并不要求如通常技术所涉及的一种在编织前进行的复杂工艺，如连续增强纤维和热塑性树脂纤维的相互缠绕或馋和，从而降低了生产成本。

当本发明的第二个实施方案中的准单向套筒在加压下进行加热处理时，热塑性树脂就熔化并浸渍进入连续增强纤维以制得一种连续纤维增强的中空制品。因为减少了在单个套筒上连续增强纤维的交叉点的数目和尺寸，从而可以大大减少倾向于伴随连续增强纤维交叉而产生的树脂缺乏区。由于增强长丝的弯曲或起伏程度小，从而减少了增强效果的下降。由于交叉点数目和尺寸的减小，中空制品的表面光滑度得到改善。而且，在与主增强纤维交叉的方向上排列着小部分的次增强纤维，它的存在有效地使单向排列的主增强纤维在模塑时避免出现故障和由此产生的强度不均匀性。当模塑一种单向套筒时，如果套筒上所有增强长丝均在一个方向上排列，则制得的中空制品恐怕会发生扭歪或变形，除非多个套筒进行层压，使多个套筒中的连续增强纤维在正反方向上进行叠加并充分平衡。与此相反，因为准单向套筒中的增强长丝在两个交叉的方向上排列，尽管其中在一个方向上排列的增强长丝比例较小，因此可以消除这种变形。因此按照本发明第二个实施方案的准单向套筒可以提供一种具有高强度、没有强度不均匀性和具有良好外观的模塑制品。

在第二个实施方案的中空制品中，一个或更多个的准单向套筒形成了纤维增强树脂层或其层压制品。如图2-(b)所示，由准单向套筒制得的每一纤维增强树脂层5’含有一种树脂基体，其中主增强纤维6a’在一个方向上排列形成连续螺旋形结构，次增强纤维6b’在与纤维6a’相交叉的方向上，按以主增强纤维6a’计不超过30％体积的比例进行排列。在普通的混纺织物型材料中，在两个方向上增强纤维的比例是相同的，与此相比较，在纤维增强树脂层5’上，若主、次增强纤维具有相同粗度时，可大大减少由主、次增强纤维形成的交叉点数目，或若次增强纤维比主增强纤维细时，则可减小交叉点的尺寸和厚度。结果，由于增强纤维的交叉点所造成的缺点就可大大减少。因此，按照第二个实施方案的中空制品具有与第一个实施方案的中空制品相似的优点。这就是，模塑时几乎不形成树脂缺乏区。即使对于大支数的纤维也能通过熔融树脂的完全浸渍而形成一种具有较少空隙的纤维增强树脂层。由于每一纤维增强树脂层上的增强纤维只有很小程度的起伏，从而能够获得较大的增强效果，而且抑制了富含树脂区的形成。结果，模塑制品表现出物理性能的均一性和良好的表面光滑度。尽管第二个实施方案的中空制品的这些优点比由第一个实施方案的单向套筒制得的中空制品稍逊，然而第二个实施方案中空制品比那些由普通混纺织物型材料制得的中空制品优越得多。

正如上面所说明的，本发明的第一个实施方案的优越性在于它很好地解决了由增强纤维的交叉而产生的问题。然而，由于没有增强纤维的交叉，在模塑时，增强纤维容易随着熔化树脂的流动一起而发生抽丝。可以通过使增强长丝的排列分配在纤维增强树脂层上，使模塑制品具有均匀的物理性能。通过在与大比例的主增强纤维相交叉的方向上排列较小比例的次增强纤维可以避免在模塑时增强长丝的滑动。随着次增强纤维比例的增加，上面所提及的效果将会增加。然而若次增强纤维超过主增强纤维体积的30％，那么由此形成的交叉点数目就不是少许增加，而防止主增强纤维滑动的效果也不是所预期的得到增强。这就是说，由于交叉产生的缺点变得明显了。正是由于这一原因才规定次增强纤维的比例的上限为主增强纤维体积的30％。小比例次增强纤维的存在就足以能防止主增强纤维的滑动。此外，次增强纤维的比例越小，交叉点数目就越少。从这些观点来说，次增强纤维比例的下限并不是重要的，但是从防止主增强纤维滑动的效果的观点来看，所用的次增强纤维的数量按主增强纤维计较好至少为5％体积，更好为10～20％体积。

按照本发明第一和第二个实施方案的中空制品可以具有按最终用途所选定的任何形状。例如中空制品可以是直形或曲线形的园筒，椭圆形的、矩形的或类似的形状。中空制品可任意使用，如用作输送流体的管子或各种机器或工具中的框架(flames)。

本发明的中空制品特别适用于在要求高强度、高韧性、中等弹性等的领域中，例如，运动物品，如乒乓球拍、高尔夫球杆等等。

本发明的单向套筒和准单向套筒均是柔性的，因此在进行模塑时易于操作。因为由单向套筒制得的中空制品在单个纤维树脂层上没有增强纤维的交叉，所以这种制品中没有树脂缺乏区，而且其中的增强纤维在厚度方向上不产生起伏。因此该中空制品显示出高的增强效果和优良的表面光滑度。另一方面由准单向套筒制得的中空制品的增强纤维的交叉点数目大大减少，且交叉点的尺寸也大大减小或变细，从而最大限度地减少了树脂缺乏区。而且大大抑制了在粗度方向上的各股增强长丝的起伏，得到了良好的增强效果和优良的表面光滑度。此外，连续增强纤维的排列几乎没有受到干扰，因此几乎不出现不均匀的物理性能。

另外，含有热塑性树脂作为基体，按照本发明的第一个和第二个实施方案的中空制品都是韧性的且具有优良的抗冲击性和减震效果。

现在通过实例更具体地说明本发明，但不能认为本发明只限于这些实例之中。

                实例1

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的单向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：龙6(由Ube工业有限公司生产的1022B)

单丝根数：36

单丝直径：84微米

支数：    230特(230克/1000米)

1-2.      连续增强纤维：

材料：6K碳纤维(由东丽工业公司生产的T-300B(6K))

单丝根数：6000

单丝直径：7微米

支数：    392特(392克/1000米)

2编织条件：

丝支数：    64

角度：      30°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

碳纤维放置于右边的杆上，尼龙纤维放置于左边的杆上。

               实例2

按下列细节制备出ECG371/0玻璃纤维和尼龙6组成的单向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  24

单丝直径：  50微米

支数：      54特

1-2：连续增强纤维：

材料：ECG371/0玻璃纤维(由日本Boseki有限公司生产)

单丝根数：  800

单丝直径：  9微米

支数：      135特

2编织条件：

丝支数：    96

角度：      30°

套筒直径：  10毫米

编织方法：

玻璃纤维放置于右边的杆上，尼龙纤维放置于左边的杆上。

               对比实例1

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的，具有碳纤维交叉点的双单向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      同实例1(尼龙6)

1-2.连续增强纤维：

材料：      同实例1(6K碳纤维)

2编织：

丝支数、角度、套筒直径均与实例1相同。连续增强纤维长丝的筒管和热塑性树脂纤维长丝的筒管交替地放置在右边和左边的杆组的每一杆上。

               对比实例2

按下列细节制备由3K碳纤维和尼龙6组成的，具有碳纤维交叉点的双向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  36

单丝直径：  60微米

支数：      115特

1-2.连续增强纤维：

材料：3K碳纤维(由东丽工业公司生产的T-300B(3K))

单丝根数：  3000

单丝直径：  7微米

支数：      198特

2编织：

丝支数：    96

角度：      30°

套筒直径：  20毫米

编织方法：  同对比实例1。

由实例1和2及对比实例1和2制得的每一个套筒按所用的增强长丝的种类进行适当的处理，然后按如下方法进行模塑。将每一套筒在0°方向(即沿套筒的轴方向)上切开。对比实例1或2的九片编织制品进行平行层压，层压制品在260℃温度，5千克/厘米²压力进行模塑以制备一片试样。按单片上的增强纤维同套筒的轴方向交替地成+30°或-30°角度，将实例1或2的九片编织制品进行交向层压。为了防止模塑制品翘曲，应使最上层这片上的增强纤维的方向同最下层那片上的增强纤维的方向一致。在与对比实例一样的条件下，将层压品进行模塑以制备一片试样。所有制备的试样片上增强纤维的总体积都是54％。

测得了试样的挠曲强度和空隙体积(％)。空隙体积的测量按JISK-7053标准进行，所得的结果示列下表1。

表1

样品号    挠曲强度(kg/mm²)   空隙体积(％)

实例1           115            1.5

实例2           80             1.0

对比实例1       90             6.0

对比实例2       95             4.5

从表1可知，按照本发明的模塑制品具有较小的空隙体积，它表明大大减小了树脂缺乏区。而且实例1的模塑制品比对比实例1的模塑制品表现出大大增加的抗挠曲强度，尽管这两种制品的材料和编织方法均相同，只是增强纤维的分布情况不同。

在显微镜下观察实例1和对比实例1试样(在与增强纤维成直角的角度上切开)的横截面。在实例1的试样中，具有平直形状的连续增强纤维长丝5是有规则地排列在含较小富含树脂区6的片层上，如图5所示。相反，在对比实例1的试样中，长丝5变成了不规则的形状并有较大的富含树脂区7，如图6所示。这似乎是因为在实例1中连续增强纤维是有规则地排列在一个方向上而没有交叉，而在对比实例1中连续增强纤维在交叉点厚度的方向上弯曲。表1还说明纤维排列不同对强度是有影响的。

实例3

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的准单向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6(PA 6)

单丝根数：  36

单丝直径：  93微米

支数：      280特(280克/1000米)

1-2.连续增强纤维：

材料：      6K碳纤维(6KCF)

单丝根数：  6000

单丝直径：  7微米

支数：      396特(396克/1000米)

2编织条件：

丝支数：    96

角度：      30°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

在右边的杆上只放置碳纤维长丝，在左边的杆上，将一筒碳纤维长丝放置于7筒尼龙长丝的连续间隔点上。

在制得的套筒上，尼龙纤维长丝和碳纤维长丝在其中一个方向上进行编织，使得每一股碳纤维在7股尼龙纤维长丝的间隔点上排列，而在另一个方向上仅编织碳纤维，该种编织图案如图3所示，下文称为7-跳穿结构(skip texture)。该套筒上的增强纤维的总体积(下文称V_P)是54％，次增强纤维与主增强纤维的比例(下文称增强纤维S/P比)是12.5％体积。

               实例4

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的准单向套筒。

1.材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6(PA 6)

单丝根数：  36

单丝直径：  106微米

支数：      364特(364克/1000米)

1-2.连续增强纤维：

同实例3.

2编织：

丝支数：    96

角度：      30°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

在右边的杆上仅放置碳纤维长丝；在左边的杆上，将一筒碳纤维长丝放置于3筒尼龙长丝的连续间隔点上。

在制得的套筒上，尼龙纤维长丝和碳纤维长丝在一个方向上进行编织，使得每一股碳纤维长丝在3股尼龙纤维长丝的间隔点上排列，而在另一个方向上仅编织碳纤维长丝。该种编织图案下文称为3-跳穿结构(skip texture)。该套筒的V_F是54％，增强纤维的S/P比是25％体积。

实例5

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的准单向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6(PA6)

单丝根数：  36

单丝直径：  130微米

支数：      546特(546克/1000米)

1-2.连续增强纤维：

粗丝：      同实例3.

细丝：      3K碳纤维(3 KCF)

单丝根数：  3000

单丝直经：  7微米

支数：      198特(198克/1000米)

2编织：

丝支数：    96

角度：      30°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

在右边的杆上仅放置粗碳纤维长丝(6KCF)；在左边的杆上，交替地放置细碳纤维长丝(3KCF)和尼龙长丝。

制得的套筒含有在一个方向上编织的粗碳纤维长丝和在另一个方向上交错地编织的细碳纤维长丝和尼龙纤维长丝。该种编织图案下文称为微细结构(fine texture)。该套筒的V_F是54％，增强纤维的S/P比是25％体积。

                对比实例3

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的，具有较多交叉点数目的双向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  36

单丝直径：  82微米

支数：      218特

1-2.连续增强纤维：

  同实例3.

2编织：

丝支数：    96

角度：      30°

套筒直径：  22毫米

编织方法：碳纤维长丝和尼龙长丝交替地放置在左、右两杆上。

制得的套筒含有在两个交叉方向上交错地编织的碳纤维长丝和尼龙长丝。这种编织图案下文称为混编结构(union texture)。该套筒的V_F是54％体积增强长丝的S/P比是100％体积。

             对比实例4

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的套筒。

1.          材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  36

单丝直径：  116微米

支数：      437特

1-2.连续增强纤维：

同实例3.

2编织：

丝支数：    96

角度：      30°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

在右边的杆上仅放置碳纤维长丝；在左边的杆上，将一筒碳纤维长丝放置于2筒尼龙长丝的连续间隔点上。

在制得的套筒上，尼龙纤维长丝和碳纤维长丝在一个方向上编织，使得每一股碳纤维长丝排列在2股尼龙长丝的间隔点上，而在另一个方向上仅编织碳纤维长丝。这种编织图案下文称2-跳穿结构(skip texture)。该套筒的V_F是54％体积，增强长丝的S/P比是33％体积。

                参考实例1

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6纤维组成的，没有6K碳纤维交叉的单向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  36

单丝直径：  82微米

支数：      218特

1-2.连续增强纤维：

同实例3.

2编织：

丝支数：    96

角度：      30°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

在左边的杆上仅放置碳纤维长丝；在右边的杆上放置尼龙长丝。

制得的套筒含有在一个方向上编织的碳纤维长丝和在另一个方向上编织的尼龙纤维长丝。这种编织图案下文称为UD结构。该套筒的V_F是54％体积，增强长丝的S/P比是0％体积。

由实例3至5，对比实例3、4和参考实例1制得的套筒的详细情况归纳于下表2中。

表2实例号    编织结构  主增强纤维长丝  次增强纤维长丝  S/P比

                材料      支数   材料     支数  (Vol％)对比实      union    6KCF      24    6KCF     24    100例3                  PA6       24    PA6      24    (1∶1)#对比实      2-skip   6KCF      48    6KCF     16    33例4                                  PA6      32    (1∶3)实例5       fine     6KCF      48    3KCF     24    25

                                 PA6      24    (1∶2)实例4      3-skip    6KCF      48    6KCF     12    25

                                 PA6      36    (1∶4)实例3      7-skip    6KCF      48    6KCF     6     12.5

                                 PA6      42    (1∶8)参考实例1  UD        6KCF      48    PA6      48     0备注：圆括号里的比例是次增强碳纤维长丝的数目与主碳纤维长丝数目之比。

制得的每一个套筒对碳纤维进行适当处理，然后按如下方法进行模塑。

在0°方向(即沿套筒轴方向)上将套筒切开，将对比实例3的九片编织制品进行顺纹层压，然后在260℃，5千克/厘米²压力下将层压品进行模塑制得一片试样。将实例3至5，对比实例4或参考实例1的九片编织品按如下方式进行层压，使得在单片上仅有碳纤维长丝排列的方向上的碳纤维长丝交替地与套筒轴方向成一个+30°或-30°的角度。为防止模塑制品翅曲，应使处在最上层这片上的碳纤维长丝的方向与处在最下层那片上的碳纤维长丝的方向一致。在与对比实例3相同的条件下将层压品进行模塑以制得一片试样。所有制备的试样均具有相同的碳纤维含量(以体积计为54％)。

按下面的测试方法进行评价。所得结果示于下表3中。

1.表面光滑度

目视观察表面光滑度。

2.纤维定向

纤维的滑动(纤维定向的扰动)可通过测量离纤维轴的距离来评价并按如下进行分等：

优良 ---小于0.5毫米

良好 ---在0.5毫米至1.5毫米之间

差   ---大于1.5毫米

3.挠曲强度

按JISK-6911标准测量挠曲强度

4.挠曲强度的变异系数

已得到挠曲强度测量数据的变异系数(CV)。CV值越大，变异越厉害。

表3实例号    编织结构    S/P比   挠曲强度   挠曲强度  表面光  纤维定

                 (Vol％)  (kgf/mm²) 的CV值    滑度    向性对比实例3 union        100      95        2.1       差     优良对比实例4 2-skip       33       97        2.0       差     优良实例5     fine         25       102       2.3       中等   优良实例4    3-skip        25       103       2.5       中等   良好实例3    7-skip        12.5     108       2.3       良好   良好参考实例  UD           0        115       4.8       优良   差

由表3结果可知，实例3、4和5的模塑制品比对比实例3和4的模塑制品具有更高的挠曲强度和更好的表面光滑度。这似乎是因为在实例3和4的制品里减少了增强纤维交叉点的数目或在实例5的制品里减少了增强纤维交叉点的数目和尺寸。尽管参考实例1的模塑制品比实例3至5的模塑制品具有更高的挠曲强度和更好的表面光滑度，但它的CV值却是大大增加了，这表明质量变化较大。这种情况似乎可归于在模塑时纤维定向的扰动。事实上通过目视规察参考实例1模塑制品的表面，表明增强纤维5的定向的扰动，如图7所放大地描绘的那样。

                实例6

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的单向套筒。

1. 材料

1-1热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  36

单丝直径：  82微米

支数：      230特

1-2连续增强纤维：

材料：      6K碳纤维

单丝根数：  6000

单丝直径：  7微米

支数：      396特

2编织：

丝支数：    64

角度：      45°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

所谓+方向增强套筒是通过在左边杆上放置碳纤维长丝，在右边的杆上放置尼龙长丝米制备的。所谓-方向增强套筒是通过在右边杆上放置碳纤维长丝和在左边杆上放置尼龙长丝制备的。

将制得的+方向增强套筒和-方向增强套筒按+/-/+/-的次序进行层压来形成一种四层结构。在250℃，10千克/毫米²内压下将该四层结构进行模塑20分钟，在15℃/分钟的冷却速率下冷却，并在80℃或更低温度下抽出内模。

制成的FRTP管具有22毫米外经，1.1毫米壁厚和54％体积的碳纤维含量。  按如下方法评定FRTP管的机械性能、空隙体积和表面光滑度。所得结果示于下表4。

1.挠曲强度

将FRTP管放在相距50毫米的两个支点上(支柱)，在两根支柱之间距离的中点用压杆以5毫米/分钟的下降速度加压以测量断裂强度。每根支柱或压杆与管子的接触面积是半经为5毫米的圆面。

2.抗扭曲强度

用粘结剂，如环氧粘结剂，将1000毫米长的FRTP管的两端点用一个长度为100毫米的金属管子封盖。将该管子的金属盖的两端放置于扭力测试仪上，并将FRTP管扭转以测定断裂时的扭矩。

3.空隙体积

按JISK-7053方法测试。

4.表面光滑度

由目视观察来评定。

               实例7

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的准单向套筒。

1. 材料

1-1热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  36

单丝直径：  93微米

支数：      295特

1-2连续增强纤维：

材料：      6K碳纤维

单丝根数：  6000

单丝直径：  7微米

支数：      396特

2编织：

丝支数：    64

角度：      45°

套筒直径：  22毫米

编织方法：+方向增强套筒是通过在左边杆上放置碳纤维长丝，在右边杆上，按1∶7的比例(7-skiP结构)放置碳纤维长丝及尼龙长丝来制备的。-方向增强套筒由与上述同样的方法制得，只是改变放置的方向。

在制得的每一套筒上，在一个方向上的次碳纤维与在另一个方向上的主碳纤维的比例是1/8，即125％体积。

采用与实例6同样的方法，由+方向增强套筒和-方向增强套筒制得一种FRTP管。

制得的FRTP管具有22毫米的外经，1.2毫米的壁厚和54％体积的碳纤维含量。该FRTP管的机械性能、空隙体积和表面光滑度如下表4所示。

                 实例8

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的准单向套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  36

单丝直径：  106微米

支数：      384特

1-2.连续增强纤维：

材料：      6K碳纤维

单丝根数：  6000

单丝直径：  7微米

支数：      396特

2编织：

丝支数：    64

角度：      45°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

+方向增强套筒和-方向增强套筒由与实例7相同的方法来制得，只是在同方向上将碳纤维与尼龙纤维的比例改变为1∶3(3-skip结构)。

在制得的每一套筒上，在一个方向上的次碳纤维与在另一个方向上的主碳纤维的比例是1/4，即25％体积。

采用与实例6相同的方法，由+方向增强套筒和-方向增强套筒制得一种FRTP管。

制得的FRTP管具有22毫米的外经，1.4毫米的壁厚和54％体积的碳纤维含量。该FRTP管的机械性能、空隙体积和表面光滑度示于下表4中。

          对比实例5

按下列细节制备由6K碳纤维和尼龙6组成的混纺织物型套筒。

1.  材料

1-1.热塑性树脂纤维：

材料：      尼龙6

单丝根数：  36

单丝直径：  82微米

支数：      230特

1-2.连续增强纤维：

材料：      6K碳纤维

单丝根数：  6000

单丝直径：  7微米

支数：      396特

 2编织：

丝支数：    64

角度：      45°

套筒直径：  22毫米

编织方法：

交替地将碳纤维长丝和尼龙长丝放置于左、右两边的杆上。

在所制备每一套筒中碳纤维在两个相互交叉的方向上以相同的比例编织。

将四层制得的套筒进行层压并按实例6同样的方法进行模塑以制得一种具有22毫米的外经，1.1毫米的壁厚和54％体积的碳纤维含量的FRTP管。该FRTP管的机械性能、空隙体积和表面光滑度示于下表4中。

             对比实例6

按下列细节制备含有碳纤维/环氧树脂预浸料的FRP管。

1.   材料

将含有单向地排列的碳纤维(由东丽工业公司生产的T-300；单丝直径7微米)的预浸料坯(由东丽工业公司生产的P3051-5)用一种环氧树脂进行浸渍，其单位重量为250克/米²，以该预浸料坯作为模塑材料。

2模塑：

以一种可以使碳纤维同模塑管子的轴方向成45°的角度的方式，将预浸料坯切割成一定尺寸。以+45/-45°/+45°/-45°的次序，将四层预浸料坯进行层压，并将层压制品卷绕在一根带有芯子的有机硅管子上。将有机硅管的一端用一活塞封闭，另一端接在一个与氮气瓶相连接的配件上，把氮气充进有机硅管中以便在180℃加热20分钟时产生一个10千克/毫米²的内压。在一种15℃/分钟的冷却速率下冷却到80℃或更低的温度，然后抽出有机硅管。

制得的FRTP管具有22毫米的外经，1.0毫米的壁厚和55％体积的碳纤维含量。该FRTP管的机械性能、空隙体积和表面光滑度示于下表4中。

表 4实例号    挠曲强度  抗扭曲强度  空隙体积  表面光滑度

      (kgf/mm²) (kg.cm)     (％)实例6       120       100          1.5      优良实例7       115       100          2.0      良好实例8       105       105          2.5      中等对比实例5   95        87           6.0      差对比实例6   80        90           4.5      优良

由表4可见，由单向套筒(实例6)或准单向套筒(实例7或8)制得的FRTP管比由混纺织物型套筒(对比实例5)制得的FRTP管具有更高的挠曲强度和抗扭曲强度这两方面的机械性能和较低的空隙体积。实例6～8的FRTP管也比由预浸料坯(对比实例6)制得的FRTP管更好。

正如上面所描述和说明的，本发明的模塑材料能在较低的成本下通过编织增强纤维长丝和热塑性树脂长丝来生产，编织的套筒由于柔软并为管状，因此在模塑时易于操作。

按照本发明的第一个实施方案，由于增强长丝单向排列，没有形成交叉点，因此用熔融的树脂可对它们进行充分的浸渍时不会形成空隙，即使使用了大单丝支数的长丝也是如此。由于模塑后每股增强纤维长丝平整地排列在纤维增强的树脂层上而不产生起伏，因此模塑制品具有较高的增强效果，最大限度地减少了富含树脂区，并具有均一的物理性能和良好的表面光滑度。而且，作为基体的热塑性树脂具有韧性，耐冲击性和减震效果。因此第一个实施方案的中空制品在机械性能方面，如强度、耐冲击、减震效果等，以及表面光滑度方面均是优良的。

按照本发明的第二个实施方案，在一个与主增强纤维相交叉的方向上编织的次增强纤维不超过主增强纤维体积的30％。这就是说，在纤维增强树脂层上的增强纤维的交叉点的数目和尺寸均是很小的。因此，第二个实施方案的套筒尽管在一些方面不如第一个实施方案的根本没有交叉点的套筒，但它与通常的混纺织物型套筒相比，在模塑时用熔融树脂浸渍时表现出显著的改善，从而提供了一种具有较高增强效果和良好表面光滑度的模塑制品。同大比例的增强纤维(主增强纤维)相互交叉的小比例的增强纤维(次增强纤维)的存在使主增强纤维在模塑时避免了随熔融树脂的流动而滑动，从而得到了较高的挠曲强度并最大限度地减少了物理性能的不均匀性。因此第二个实施方案的中空制品在机械性能方面，如强度，耐冲击和减震效果等，在物理性质的均匀性和表面光滑度方面均是优良的。

尽管已详细地描述了本发明及其具体实例，但对于熟悉本技术的人来说，对本发明做各种改变和改进而不离开其精神实质和范围，这是显而易见的。

Claims (3)

1.一种用于模塑一种连续纤维增强热塑性树脂中空制品的编织套筒，该套筒含有由连续单丝制得的增强长丝和热塑性树脂长丝，所述增强长丝在一个方向上排列以致它们不会相互交叉。

2.如权利要求1所要求的编织套筒，其中所说的增强长丝的数量，以增强长丝和热塑性树脂长丝总体积为基准，以体积计为30-70％。

3.一种至少含有一个纤维增强树脂层的纤维增强热塑性树脂中空制品，在树脂层上，由连续单丝制得的增强长丝单向性排列形成螺旋形结构，该中空制品是通过将至少一个含有由连续单丝制得的增强长丝和热塑性树脂长丝的编织套筒进行模塑来制备的，所说的增强长丝单向地排列以致不会相互交叉。

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