CN107405842B

CN107405842B - 拉挤成型设备以及方法

Info

Publication number: CN107405842B
Application number: CN201680009679.8A
Authority: CN
Inventors: J·莫泽; M·阿尔奇迪亚科诺; F·德乔治; V·古鲁; O·亨
Original assignee: Hurco Purcell Synthesis & Co KG GmbH; Hexcel Composites Ltd
Current assignee: Hurco Purcell Synthesis & Co KG GmbH; Hexcel Composites Ltd
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2036-02-10
Also published as: ES2750609T3; US10618200B2; DK3256300T3; EP3351362B1; EP3351362A1; GB2536787B; PL3351362T3; JP2018506459A; KR20170117538A; GB2536787A; GB201701866D0; EP3256300A2; WO2016128485A2; EP3256300B1; WO2016128485A3; MX2017010399A; US20180021983A1; JP6766075B2; GB2544215A; GB201602411D0

Abstract

本发明限定拉挤成型设备。该设备包括用于接收纤维的部分(3)、将树脂注射进入纤维的部分(4)、浸渍树脂注射纤维的部分以及用于使浸渍纤维成形的部分，其中纤维在其通过接收部分后汇聚在树脂注射部分以接收树脂，在当纤维从注射部分行进通过浸渍部分时注射树脂后，树脂向外流动。

Description

拉挤成型设备以及方法

技术领域

本发明涉及拉挤成型设备、拉挤成型设备或方法的入口或分流梭(spreader)、拉挤成型方法、拉挤成型制品以及它们的用途，特别但不排他地，本发明涉及设备、入口、方法和产品，包括它们用于制备纤维增强拉挤成型制品以用于风能应用例如风力涡轮机叶片的用途。

背景技术

包含纤维增强材料和树脂基质或树脂两者的复合材料已变得越来越重要。这种材料结合优异的强度和非常轻的重量，使它们成为重量敏感应用的首选，特别是在飞机和能源工业中。

有众多制备复合结构的方法，包括但不限于热成型聚合物基质和热压罐加工。然而，所有都是或劳动密集型，或比使用纯金属材料昂贵，或不适用于中度规模至大批量应用，或不能得到具有所需的强度-重量比的结构上有效的结构。

NL8104019披露了由复合材料制备风力涡轮机叶片的方法，所述复合材料包含挤出固化纤维增强的成分与常规复合材料的组合，所述常规复合材料包含树脂基质和纤维增强材料的组合。

常规的拉挤成型方法有适度的热固化、拉挤成型复合结构的生产速率。然而，一般来说，拉挤成型方法的限制是，拉挤成型方法仅适于制备截面均匀的细长部件。这部分是由于方法本身的性质所致。因为方法通过各个单元操作牵拉长的连续增强纤维进行操作，这自然形成细长的复合材料，复合材料中的增强纤维在拉挤成型方向上对齐。

在制备拉挤成型复合结构中，广泛使用热塑性和热固性树脂基质。对于结构应用，热固性树脂例如环氧树脂、乙烯基酯、聚酯和聚氨酯树脂更适合，因为它们提供结构上有效的复合结构，与由热塑性树脂制备的可比较的结构相比，所述复合结构具有较好的机械性能-重量比。一旦固化，热固性树脂不能随后热成形或以任何其他方式成形，但必需在模具中使热固性树脂固化从而使纤维粘结在一起并且产生所需的截面形状。

通常，在这些加工方法中采用树脂体系，从而牺牲用于快速加工的结构性能。因此，常规的拉挤成型结构通常不适合于主结构的应用，由于其性能低于优化结构性能。较低的结构性能是由于织物中的非优化纤维取向以及必需使用具有非优化结构性能的快速固化树脂所致。树脂在纤维中的不完全浸渍以及导致层压体中的空隙的水分为常规拉挤成型方法中的常见问题。拉挤成型设备磨耗也是常规拉挤成型系统遇到的问题，特别是磨料纤维材料与设备的壁接触引起的磨耗。也可需要非常高的牵引力以使纤维牵引通过拉挤成型设备，以及难以在这样高的牵引力下保持纤维以恒定流量流动通过设备，这可导致树脂浸渍到纤维中的不均匀性和/或表面品质下降。

本发明旨在消除或至少缓解上述问题和/或提供一般改进。

发明内容

根据本发明，提供所附权利要求中任一项限定的设备、方法、制品和用途。

在本发明的一方面，提供拉挤成型设备，其包含：用于接收纤维的部分；将树脂注射进入纤维的部分；浸渍树脂注射纤维的部分，和用于使浸渍纤维成形的部分，其中纤维在树脂注射部分中汇聚。

本发明的设备中包括的单个部分可以截然分开的部分存在，或单个部分可以直接与一个或两个其他部分紧密相邻。在一些实施方式中，一个或多个部分可至少部分重叠。例如，树脂注射进入纤维的部分可至少部分与用于接收纤维的部分和/或浸渍树脂注射纤维的部分发生重叠；和/或浸渍树脂注射纤维的部分可至少部分与树脂注射进入纤维的部分和/或用于使浸渍纤维成形的部分发生重叠。

注射部分可包括树脂注射装置。纤维优选汇聚在与注射装置相邻的注射区域内。这允许直接以树脂浸湿纤维。

在纤维从注射部分行进通过浸渍部分时，树脂从注射区域向外流动。优选树脂为聚氨酯。

在一个实施方式中，注射装置将纤维引导至注射区域。

在另一个实施方式中，接收部分可以包括入口，其用于接收和间隔开纤维以及使纤维相对于彼此定位。所述入口可以将纤维引导到注射区域。

在一个优选的实施方式中，纤维的形式为纤维丝束，每一个纤维丝束包括多根纤维细丝。通常，丝束可以包含20,000至60,000根细丝、优选50,000至60,000根细丝。优选纤维为碳纤维。

当将纤维从接收部分牵引通过设备的各个部分至成形部分时，铺面材料例如面纱或剥离层，可以施用至一个或多个部分。铺面材料保护各个部分免受磨耗，因为铺面材料防止或减少可为磨料的纤维和所述部分的表面之间的接触。另外，铺面材料可提供拉挤成型纤维上所需的表面品质。需要的表面品质包括表面粗糙度或表面结构(其可以包括沟槽、波状起伏)。在一个优选的实施方式中，铺面材料包含面纱的重量为5至60g/m²、优选5至40g/m²和更优选10至25g/m²，和/或剥离层的重量为50至150g/m²、优选80至120g/m²。铺面材料可以在固化后从拉挤纤维中移除。

在一个优选的实施方式中，第一铺面材料例如面纱或剥离层施用至接收部分和另外的铺面材料施用至注射部分和/或浸渍部分。可以在纤维之下提供第一铺面材料，可以在纤维之上提供另外的铺面材料。

在一个优选的实施方式中，浸渍部分在延伸至成形部分时沿着浸渍部分的长度降低截面面积，使得当纤维从注射部分通过浸渍部分至成形部分时浸渍部分的压力增大，帮助树脂浸渍到纤维中。特别地，浸渍部分在成形部分的方向上在至少一个维度上缩小。

在一个特别优选的实施方式中，本发明提供拉挤成型设备，其包含：

a)入口或入口板，其包含用于插入纤维的开口；

b)用于将插入的纤维用树脂浸渍的装置；

c)用于将浸渍的纤维成形的装置；和

d)用于将纤维牵引通过所述设备的装置；

其中用树脂浸渍纤维的装置相对于插入纤维入口板中心布置。

本发明也提供用于拉挤成型设备的入口，其中入口板包含一个或多个开口，所述开口以振动格栅的形式排列。

本发明进一步提供制备拉挤成型的树脂增强纤维的方法，其包括以下步骤：在设备的纤维接收部分中接收纤维，在设备的树脂注射部分中将树脂注射进入纤维中，在设备的浸渍部分中浸渍树脂注射纤维，和使浸渍的纤维在成形部分或模头部分中成形以形成拉挤成型制品，其中接收的纤维在树脂注射部分中接触或汇聚于树脂注射部分中。

在一个进一步特别的实施方式中，本发明进一步提供用于拉挤成型纤维的方法，其中所述方法包括以下步骤：

a)将纤维插入到腔室内；

b)将插入的纤维在腔室内用树脂浸渍；

c)使树脂浸渍的纤维成形；和

d)将纤维牵引通过腔室；

其中纤维在腔室的中心用树脂浸渍。

方法也可使用本发明的设备。

本发明进一步提供多孔铺面材料用于在拉挤成型设备中制备拉挤成型的树脂增强纤维的方法中的用途，从而提供对所述拉挤成型设备或其部件的保护和/或为所述拉挤成型的树脂增强纤维提供需要的表面品质，任选地同时允许树脂通过所述铺面材料注射进入所述纤维中。

以这种方式，本发明提供用于制备高性能拉挤成型制品的设备和有效方法，其克服现有技术的设备和方法的问题，并且可制备高性能结构型材，从而满足航空航天或风能行业复合材料的需求。

具体实施方式

拉挤成型设备

拉挤成型设备包含用于接收纤维的部分，将树脂注射进入所述纤维的部分，浸渍树脂注射纤维的部分，和用于使浸渍纤维成形的部分。所述部分优选一体化形成。优选所述部分的排列使得纤维连续行进通过各个部分。现将这些部分的各个部分如下进行更详细地讨论。

入口、入口板或分流梭

可以在拉挤成型设备中使用纤维丝束形式的任何纤维，所述纤维丝束包含多根细丝。优选地，纤维丝束包括碳纤维丝束。接收部分优选地包含入口或入口板或分流梭。优选地，丝束形式的纤维在接收部分间隔开和位于接收部分中。本发明拉挤成型设备的入口包含接收纤维和相对于随后部分定位纤维的开口。所述开口可以格栅的形式排列，使得纤维可以排列和间隔开的方式穿过所述入口。所述开口可以例如为长方形，包括正方形，也可彼此间距离相等或彼此间距离不同以及大小相等或不同，优选开口为格栅形式。纤维铺展使得纤维汇聚在注射部分中，从而使树脂能更有效渗透或浸湿。这可在使用碳纤维时是有益的，由于碳纤维细丝的尺寸和包装可导致难以浸湿。有效的浸湿导致较快的生产速度，并且减少树脂暴露至空气的时间，树脂暴露至空气会影响树脂品质。

优选地，所述入口包含振动格栅的排列。这有助于确保纤维进给通过开口而不在入口的开口处累积绒毛。这样的绒毛可定期卷入设备的其他部分导致设备和/或拉挤成型制品中的缺陷。优选通过振动梳提供振动格栅的排列。这些可以彼此呈90°排列以产生格栅图案，所述格栅图案的几何形状与纤维进给通过的所述入口的几何形状相同。可以有一个或多个垂直梳和一个或多个水平梳，它们包含多根插针。梳子的移动可以通过一个或多个电动机控制，例如水平移动的电动机和/或垂直移动的电动机。

优选入口相对于所述注射部分中心布置。

用于树脂注射的装置

树脂注射进入纤维的部分可以包含树脂注射装置。一旦纤维插入通过接收部分例如入口，然后可使纤维与树脂注射装置接触。装置可以将纤维引导至注射区域，其中纤维汇聚在与注射装置相邻的注射区域内。装置可以包含树脂注射器。装置优选相对于所述入口或相对于纤维通过浸渍部分的流动方向中心布置。这样的中心布置使得树脂在穿过装置时注射进入外围布置的纤维中，使得纤维从中心浸渍至其外部。这确保空气仅在一个方向上移动，导致更有效的浸渍。注射器的喷嘴可以是任意数量的形状，包括平面、宽或大的长径比即槽形，以制备树脂薄膜。可选地或另外，树脂注射器可以包含多个出口以使由其挤出的树脂成形。例如，3个出口(每一个出口均可以为基本圆形或基本槽形)可以彼此邻近排列，使得树脂从注射器中的流动形式为宽膜。较宽的树脂挤压膜将意味着树脂必须行进较少的距离进入纤维中。这可以提高浸湿、浸渍和使其加速，从而能够实现较快的生产速度。优选地，挤压树脂的形状至少部分与将在拉挤成型设备中成形的拉挤成型制品的形状匹配。树脂可为任何热固性树脂，但优选为聚氨酯。

优选地用于注射树脂的装置在腔室内，所述装置在所述树脂注射部分或所述腔室内中心布置。由于露天树脂浸渍引起的水分可导致产品表面品质降低，在热固性聚合物例如聚氨酯的情况下，如果将其暴露于大气中的水蒸气，则倾向于过度发泡。因此，定位在这样封闭容器内的装置避免这些问题并且得到较好的最终产品品质。腔室可由许多材料构成，但优选由金属构成。

装置在树脂注射部分或腔室内中心布置进一步确保插入纤维的有效浸渍。装置或装置所位于其内的腔室也可以相对于纤维在注射部分中移动的纵向呈一个角度布置，优选所述角度为0.5至2.5°，例如0.9至1.1°。

设备也可以包含一个或多个树脂注射器，所述注射器位于用树脂浸渍纤维的第一装置的下游。

除了树脂基本中心注射之外或替代树脂基本中心注射，树脂可以外周注射。在树脂外周和中心注射的情况下，树脂可以在与中心注射树脂相同的位置或其下游位置注射。

树脂浸渍部分

当浸湿纤维穿过树脂注射部分时，通过树脂注射部分的壁在浸湿纤维上施加压力，这引起纤维充分浸湿。配置设备使得当纤维从注射部分行进通过浸渍部分时树脂从注射中心点向外流动。设备内的浸渍部分也可以包含用于冷却树脂的冷却区域，所述用于冷却树脂的冷却区域优选在用于使树脂浸渍纤维成形的部分(模头)之前。

浸渍部分可以具有比注射部分小的总体积和/或树脂浸渍部分的至少一部分的截面面积可以小于注射部分的截面面积。在这方面，浸渍部分可以具有较小或较窄的尺寸例如高度、宽度或周长，因此浸渍部分是注射纤维可以通过的较窄的通道。这增加迫使树脂进入纤维的压力，因此可提高浸渍程度。设计使得迫使纤维和树脂穿过较小的体积和/或较窄的空间，从而使得树脂挤进纤维中以及增加纤维体积分数。所述较小体积和/或较窄浸渍部分之后也可以是缓冲区域和成形部分，缓冲区域逐渐增加体积和/或截面面积，直到达到所需的最终轮廓体积和/或截面面积。

浸渍部分的长度不特别限制，但优选在牵引纤维的方向上有足够长度，使得纤维在穿过浸渍部分过程中足够量的树脂浸渍进入纤维中，使得通过树脂浸渍纤维穿过成形部分将使所需拉挤成型的复合产品树脂成形。考虑到最终制品的尺寸和形状、使用的树脂和纤维、纤维牵引通过设备的速率、和/或使用温度，可以调节长度。但是，在至少一些实施方式中，浸渍部分的长度为100至1500mm、优选250至1000mm、更优选400至800mm。

浸渍部分的截面形状可以沿其长度保持大致不变或可以变化。例如，截面形状可以沿着浸渍部分的长度进行变化，例如浸渍部分可以在最接近注射部分的端部具有基本圆形或正方形的截面，但这可以在最接近成形部分的端部改变为基本长方形的截面。类似地，浸渍部分的截面面积可沿着浸渍部分延伸至成形部分的长度减少，使得浸渍部分单位长度的量沿着浸渍部分的长度下降，和使得浸渍压力沿着浸渍部分的长度增加。浸渍部分的截面面积减少和因此单位长度的量的减少可以是规则的或不规则的；例如，截面面积可以以恒定比率或以可变比率沿着整个长度减小，任选地，可以存在截面面积不变的区域。或者，浸渍部分的截面面积可以沿其长度总体上减小，但是例如由于存在截面面积比先前区域和随后区域大的区域，因而浸渍部分的截面面积可在至少一个区域内增加。因此，树脂浸渍部分可以包括两个或更多个不同浸渍压力的区域。在树脂浸渍纤维进入成形部分之前，允许树脂不浸渍到纤维中以便从浸渍部分排出的一个或多个通孔也可以沿着树脂浸渍部分的长度存在。

优选至少浸渍部分最终部分的截面形状至少基本对应于成形部分的截面形状，以便于浸渍纤维从浸渍部分转移至成形部分，但是截面形状的尺寸可以不同。例如，如果成形部分适于使树脂浸渍纤维成形为长方形截面，则至少浸渍部分的最终部分也将具有长方形截面，其至少基本对应于成形部分的截面，但是成形部分的截面可以在至少一个维度上小于浸渍部分最终部分的截面，例如成形部分的截面高度可以小于浸渍部分最终部分的截面高度。

在其中浸渍部分的截面面积沿着浸渍部分延伸至成形部分的长度减小的一个优选的实施方式中，浸渍部分在成形部分的方向上在至少一个维度上变窄，即浸渍部分的至少一个壁在成形部分的方向上相对于至少一个相对壁汇聚。例如，如果浸渍部分的截面为基本圆形，则所有壁可以汇聚，使得浸渍部分的半径减少。或者，如果浸渍部分的截面为基本正方形或长方形，则上壁和下壁可以汇聚，使得浸渍部分的高度减少和/或侧壁可以汇聚，从而使得浸渍部分的宽度减少。在上壁和下壁以及侧壁两者均汇聚的情况下，例如与侧壁相比，上壁和下壁可以较大程度地汇聚。类似地，在两个壁汇聚的情况下，各壁相对于浸渍部分的中心轴的角度可以变化；例如，一个壁可以保持基本平行于浸渍部分的中心轴同时相对壁相对于中心轴呈斜角，或者，优选地，相对壁两者相对于中心轴相同程度地汇聚。

两个相对壁的汇聚程度可以沿着浸渍部分的长度不变或可以变化，在汇聚程度变化的情况下其可以是规则的或不规则的。例如，所述浸渍部分的至少两个相对壁可以在成形部分的方向上沿着浸渍部分的部分长度或沿着浸渍部分的基本全部长度以固定角度汇聚。或者，所述浸渍部分的至少两个相对壁可以在成形部分的方向上沿着浸渍部分的部分长度或沿着浸渍部分的基本全部长度汇聚为基本连续的曲线。

在一个进一步的替代实施方式中，所述浸渍部分的至少两个相对壁可以在成形部分的方向上沿着浸渍部分的部分长度或沿着浸渍部分的基本全部长度汇聚为一系列相对于浸渍部分的轴的不同角度的两条或更多条线段。在该实施方式中，线段相对于浸渍部分的轴的角度优选地在成形部分的方向上减少，即两个相对壁汇聚的角度在成形部分的方向上沿着成形部分的长度减少。例如，浸渍部分的上壁和下壁两者可以在第一部分汇聚为相对于浸渍部分的轴的角度大于2°至5°(例如3.7°或3°)，然后两者可以在随后的第二部分汇聚为相对于浸渍部分的轴的角度大于1°至2°(例如1.5°)，然后两者可以在随后的第三部分汇聚为相对于浸渍部分的轴的角度为0.2°至1°(例如0.6°)。每条线段的长度可以相同或不同；例如，在存在3条线段的情况下，第一条最陡的线段可以最长，第二条线段可以为中等长度，第三条最平缓的线段可以最短，或任何其他组合是可能的。两条或更多条线段可以彼此相邻或可以通过基本平行于浸渍部分的轴的线段分隔开。例如，在存在3条相对于浸渍部分的轴不同角度的线段的情况下，每条倾斜线段可以通过基本平行于浸渍部分的轴的线段与紧邻的倾斜线段分隔开。“基本平行”是指各条线段完全平行于浸渍部分的轴或各条线段与浸渍部分的轴之间的角度不大于0.5°，例如0至0.3°。

在其中浸渍部分在成形部分的方向上在至少一个维度上变窄的一个优选的实施方式中，所述浸渍部分的至少两个相对壁可以各自包括壁部分，所述壁部分基本垂直于浸渍部分的轴，使得浸渍部分的截面面积此时相对急剧减少，即，使得形成咬合点。特别地，在浸渍部分的相对壁汇聚时形成基本垂直的壁部分。

基本垂直于浸渍部分的轴是指，基本垂直的壁部分相对于浸渍部分的轴的角度可以为75°至110°、优选80°至100°，例如85°至95°。

在相对壁上的基本垂直壁部分可以相对于彼此交错排列，但是优选地通常位于沿着浸渍部分的长度彼此相同的点的位置。

基本垂直的壁部分可以位于沿着浸渍部分的长度的任何点的位置，但是优选地与浸渍部分的邻近于树脂注射部分的端部相比，较接近于浸渍部分的邻近于成形部分的端部。例如，基本垂直的壁部分可以基本位于浸渍部分的邻近于成形部分的端部，使得在树脂浸渍纤维进入成形部分之前基本立即出现咬合点。或者基本垂直的壁部分可以部分地位于沿着浸渍部分的长度的位置，和优选地使得在基本垂直的壁部分之前浸渍部分的壁汇聚，并且在基本垂直的壁部分之后浸渍部分的壁继续汇聚。例如，咬合点可以位于距离浸渍部分的邻近于成形部分的端部50至500mm(例如100mm或200mm)的位置，在咬合点之后，浸渍部分的壁可以汇聚为相对于浸渍部分的轴的角度为0.05°至1°(例如0.14°或0.26°)。在一个特定的实施方式中，在基本垂直的壁部分之后，浸渍部分的截面面积可以增加，并且优选地，然后进一步减小。例如，浸渍部分的截面面积可以在成形部分的方向上最初相对缓慢减少，然后可以在咬合点相对急剧减少，然后在咬合点之后增加，最终进一步减少。

在浸渍部分中存在基本垂直的壁部分和因此的咬合点可以改善树脂浸渍到纤维中，提高牵引力的一致性和/或提高最终拉挤成型制品的表面性质，因此可以选择基本垂直部分的长度和位置，以及因此在咬合点的截面面积减少。例如，在浸渍部分的截面形状为长方形以及上壁和下壁汇聚时，基本垂直的壁部分的长度可以为1mm，使得浸渍部分的高度在咬合点减少2mm，咬合点可以位于紧邻于成形部分的位置或距离成形部分为300mm的位置。

铺面材料例如剥离层或面纱

设备也可以包含用于将铺面材料以剥离层织物或“剥离层”或面纱的形式插入设备的一个或多个部分中的一个或多个入口或孔，所述面纱为重量为5至40g/m²的轻质织物材料。铺面材料也可以包含其他涂层等同物从而选择需要的产品表面品质。设备也可以包括一个或多个用于插入铺面材料的引导装置。在来自入口之上和/或之下的纤维插入至用于树脂浸渍的装置或其中容纳用于树脂浸渍的装置的腔室之后，可以加入铺面材料。优选地在纤维之下提供第一铺面材料以进入接收部分，并且进一步在纤维之上提供铺面材料以穿过注射部分或浸渍部分。铺面材料也可以交错排列的形式、例如在树脂注射的下游和上游加入，以避免当铺面材料穿过用于使树脂浸渍纤维成形的装置时铺层变形。用于本发明的适宜的面纱包括聚酯面纱。

除了限定制品需要的表面品质之外，铺面材料也保护设备免受过度的磨耗，所述磨耗可通过磨料纤维特别是碳纤维引起。铺面材料可以从制品中移除以实现所需的表面品质。

用树脂浸渍纤维的装置的中心定位确保即使树脂通过铺面材料注射，纤维也被完全浸渍。优选地铺面材料不完全浸湿，因而空气可从浸渍纤维中逸出。也优选包括树脂浸渍纤维在内的纤维被铺面材料完全包覆，使得碳纤维与设备表面在任何时间都不直接接触，因为这可导致磨耗，从而导致设备的故障。

如果使用多孔铺面材料例如多孔面纱或剥离层，则树脂也可以通过铺面材料注射进入纤维中，这可以作为中心注射树脂的补充或作为中心注射树脂的替代。通过铺面材料注射树脂允许通过避免需要中心树脂注射来简化拉挤成型设备和/或方法，同时仍然允许铺面材料提供对所述拉挤成型设备或其部件的保护和/或提供给拉挤成型的树脂增强纤维需要的表面品质。

剥离层引导装置也可在设备中一体化形成。例如引导装置可以在设备的内侧在其中要插入剥离层的任何部分进行加工。在这种布置中，可以使在宽度上的剥离层位移最小化。在这些区域可以采用低真空以保持剥离层稳固就位。

用于使树脂浸渍纤维成形的装置

用于使树脂浸渍纤维成形的装置不特别限制，但是可以包含模头。装置也可以位于装置下游的腔室内用于用树脂浸渍纤维，或者分开定位，包括在单独的壳体中。装置也可以包含可以固化树脂浸渍纤维的加热区域。模头优选地定位于加热区域内。模头无需固定，并且可以沿着纤维轮廓来回移动，从而可以实现二维或甚至三维弯曲或其他形状。优选地成形部分适用于使树脂浸渍的纤维成形为长方形截面。

模头也可以包含用于加热浸渍纤维的加热装置，以允许这些浸渍纤维进行固化。

优选地所述成形装置相对于注射部分中心布置。

用于使纤维牵引通过设备的装置不特别限制，但是可以为任何装置，例如牵引机构或使纤维牵引通过设备的牵引器。

拉挤成型方法

根据本发明的方法优选为连续方法，其包括将纤维插入设备中，在树脂浸渍部分中用树脂浸渍纤维，使树脂浸渍纤维成形和使纤维牵引通过设备，所述设备包含用于接收纤维的部分、将树脂注射进入所述纤维的部分、浸渍树脂注射纤维的部分和用于使浸渍纤维成形的部分。方法可以包括在树脂注射部分内中心注射树脂。这有助于确保纤维用树脂完全浸渍。插入的纤维聚集在树脂注射部分中，使得树脂可以更有效地渗透或浸湿，并且从接收部分通过注射和浸渍部分进入至成形部分。另外的树脂也可以从外围，从树脂注射部分中或树脂注射部分的下游注射进入纤维中。

当纤维从注射部分进入通过浸渍部分时，树脂从注射部分向外流动。中心注射允许树脂在穿过树脂浸渍部分时浸渍到外围布置的纤维中，使得纤维从中心至其外部进行浸渍。这可确保空气仅在一个方向移动，从而达到更有效的浸渍。

在一个替代实施方式中，本发明的方法可以包括将树脂从树脂注射部分的周边注射进入纤维中，作为将树脂中心注射进入树脂注射部分的替代方案。

根据本发明的方法可以使用根据本发明的拉挤成型设备。

优选地纤维为碳纤维和/或树脂为聚氨酯。设备中的纤维产率为0.1至10米/分钟、优选0.25至5米/分钟、更优选0.5至2.5米/分钟、甚至更优选0.5至1.2米/分钟和/或前述范围的组合。树脂流量为0.05至1.0kg/分钟、优选0.1至0.5kg/分钟、更优选0.1至0.4kg/分钟和/或前述范围的组合。方法也优选地在存在低的空气含水量的驯化腔室内进行。优选地，气候控制腔室的相对湿度为10至80％、优选20％至65％、更优选40至65％，根据ASTM E337测量。结合产率，这有助于防止水分对树脂制剂的影响。树脂例如聚氨酯中的空气或水分使其形成泡沫，所述泡沫可导致层压产品中的空隙。

浸渍区域可以冷却，以增加树脂基质固化的时间。根据需要，这可为低产量速度或高产量速度所必需的，因为树脂的体积增加。

方法也可以进一步包括在树脂浸渍纤维成形之前将铺面材料例如剥离层或面纱加入至纤维。在将纤维插入纤维接收部分之后以及在树脂注射和/或树脂浸渍之前和/或在树脂注射和/或树脂浸渍过程中和/或在树脂注射和/或树脂浸渍之后，可以加入铺面材料。铺面材料也可以交错排列的形式、例如在树脂注射的下游和上游加入，以避免当铺面材料经过成形阶段时铺层变形。通过使用多孔铺面材料例如多孔面纱或剥离层，树脂可以通过铺面材料注射进入纤维中，这可以作为树脂中心注射进入纤维的补充或作为树脂中心注射进入纤维的替代。

在一个特定的实施方式中，纤维，包括树脂浸渍纤维在内，完全通过铺面材料例如剥离层或等同物包覆，使得碳纤维与拉挤成型设备表面在任何时间都不直接接触，直接接触可导致磨耗和设备的故障。

树脂浸渍纤维可以在成形部分开始时或在成形部分之前进入冷却区域，可以通过模头进行所述成形部分。模头可以进行加热或可以位于加热区域内或紧邻加热区域，从而可使树脂浸渍纤维固化。优选地该步骤在150-250℃、优选170-200℃的温度进行。

拉挤成型制品

使用本发明的拉挤成型设备或方法得到的拉挤成型制品可以包含55至65％体积分数的纤维(优选碳纤维)，和25至35％含量的树脂(优选聚氨酯)。

产品也可以包含以下性质中的一种或多种：

(i)平均厚度为1.5至15.5mm、优选4.5至10mm、更优选4.5至5.5mm、最优选4.9至5.0mm、或者1至10mm；和/或

(ii)纤维取向为-2°至2°；和/或

(iii)平均抗张和抗压模量为至少133GPa，根据ISO 527和ISO 14126；和/或

(iv)抗压模量为至少127GPa，根据ISO 14126；和/或

(v)线性拉伸断裂应变为至少0.94％，根据ISO 527；和/或

(vi)线性压缩断裂应变为至少0.69％，根据ISO 14126；和/或

(vii)层间剪切强度为至少52MPa，根据ISO 14130。

拉挤成型制品可以具有许多领域例如航空航天或能源工业的用途，并且具有在风力涡轮机方面的特别用途。

因此，本发明总体上提供：

1.拉挤成型设备，其包含：

a)用于接收纤维的部分，

b)将树脂注射进入所述纤维的部分，

c)浸渍树脂注射纤维的部分，和

d)用于使浸渍纤维成形的部分，

其中所述纤维在穿过接收部分后汇聚在树脂注射部分以接收所述树脂，在当所述纤维从注射部分行进通过浸渍部分时注射所述树脂后，所述树脂向外流动。

2.根据1的设备，其中所述树脂注射部分包含树脂注射装置。

3.根据1或2的设备，其中所述树脂注射装置中心布置或以相对于所述纤维在所述浸渍部分中移动的纵向的为0.5至2.5°、优选0.9至1.1°的角度布置。

4.根据前述中任一项的设备，其中所述纤维汇聚在邻近所述注射装置的注射区域内。

5.根据4的设备，其中所述注射装置将所述纤维引导至所述注射区域。

6.根据4或5中任一项的设备，其中当所述纤维从所述注射部分行进通过浸渍部分时，所述树脂从所述注射区域向外流动。

7.根据前述中任一项的设备，其中所述注射部分和浸渍部分和任选地成形部分一体化形成。

8.根据前述中任一项的设备，其中所述树脂注射部分和所述树脂浸渍部分一体化形成腔室。

9.根据8的设备，其中在以下部分的一个或多个中提供铺面材料：接收部分、注射部分、浸渍部分或成形部分，优选第一铺面材料在所述接收或注射部分中施用，并且进一步在浸渍部分中提供铺面材料。

10.根据8或9的设备，其中铺面材料包含剥离层或面纱，在腔室壁和纤维之间提供所述材料，优选在所述纤维之下提供第一铺面材料以进入接收部分，并且进一步在所述纤维之上提供铺面材料以穿过所述注射部分或浸渍部分。

11.根据前述中任一项的设备，其中所述注射部分包含用于用树脂注射所述插入纤维的装置。

12.根据前述中任一项的设备，其中成形部分包含用于使树脂浸渍纤维成形的装置或模头，所述装置或模头任选地包含用于使所述浸渍纤维固化的加热装置。

13.根据前述中任一项的设备，其中接收部分包含用于使纤维相对于所述注射部分定位的入口。

14.根据13的设备，其中所述入口包含用于接收纤维丝束形式的纤维的孔。

15.根据11至14中任一项的设备，其中所述树脂注射装置在所述注射部分内中心布置。

16.根据12至15中任一项的设备，其中所述成形装置和/或入口相对于所述注射部分中心布置。

17.根据13至16中任一项的设备，其中所述入口包含不同大小的开口，优选所述开口以振动格栅的排列形式提供。

18.根据17的设备，其中所述入口包含彼此呈90°排列的振动梳。

19.根据前述中任一项的设备，其中设备包含另外的树脂注射部分，所述另外的注射部分位于第一注射部分的下游。

20.根据19的设备，其中浸渍部分和/或另外的树脂注射部分包含另外的树脂注射装置。

21.根据前述中任一项的设备，其中浸渍部分包含用于冷却所述树脂的冷却区域。

22.根据前述中任一项的设备，其中设备进一步包含用于将剥离层插入一个或多个部分中的孔。

23.根据前述中任一项的设备，其中纤维为碳纤维，所述纤维为丝束形式。

24.根据前述中任一项的设备，其中所述树脂为聚氨酯。

25.根据前述中任一项的设备，其中所述成形纤维包覆在剥离层中。

26.根据前述中任一项的设备，其中布置接收部分、注射部分、浸渍部分和成形部分使得所述纤维连续行进通过各个部分。

27.根据前述中任一项的设备，其中成形部分适于使树脂浸渍纤维成形为长方形截面。

28.拉挤成型设备的入口或入口板，其中所述入口包含一个或多个大小不同的开口，优选所述开口以振动格栅的形式排列。

29.根据28的入口，其中所述入口或入口板包含彼此呈90°排列的振动梳。

30.根据28或29的入口用于根据1至24中任一项的拉挤成型设备。

31.制备拉挤成型的树脂增强纤维的方法，其包括以下步骤：

a)在设备的纤维接收部分中接收纤维，

a)在所述设备的树脂注射部分中将树脂注射进入纤维中，

b)在所述设备的浸渍部分中浸渍树脂注射纤维，和

c)在成形部分或模头部分中将浸渍纤维成形为拉挤成型制品，

其中接收的纤维汇聚在所述树脂注射部分中。

32.根据31的方法，其中所述纤维从接收部分通过所述注射和浸渍部分行进至成形部分。

33.根据31或32的方法，其中所述纤维汇聚在邻近所述注射装置的注射区域内。

34.根据33的方法，其中所述注射部分包含注射装置，所述装置使所述纤维引导至所述注射区域。

35.根据33或34的方法，其中当纤维从所述注射部分行进通过所述浸渍部分时，所述树脂从注射区域向外流动。

36.根据31至35中任一项的方法，其中所述方法包括在以下部分的一个或多个中提供剥离层：所述注射部分、浸渍部分或成形部分。

37.根据36的方法，其中所述部分形成腔室，所述方法包括在腔室壁和纤维之间提供所述剥离层。

38.根据31至37中任一项的方法，其中所述方法包括将所述纤维优选地以纤维丝束的形式以连续顺序牵引通过各个部分的步骤。

39.根据31至38中任一项的方法，其中丝束形式的纤维间隔开并且位于接收部分中。

40.根据31至39中任一项的方法，其中所述方法进一步包括在使树脂浸渍纤维成形之前将铺面材料加入至纤维。

41.根据40的方法，其中浸渍纤维完全包覆在铺面材料中。

42.根据40或41的方法，其中铺面材料不是完全浸湿，优选小于90％浸湿，或更优选地50至90％浸湿、甚至更优选30至70％浸湿和/或它们的组合，其通过计算未浸渍的铺面材料与浸湿的铺面材料的比率确定。

43.根据31至42中任一项的方法，其中所述树脂流量为0.05至1kg/分钟、优选0.1至0.5kg/分钟、更优选0.1至0.4kg/分钟和/或前述范围的组合。

44.根据31至43中任一项的方法，其中所述部分中的纤维产率为0.1至2.5米/分钟、优选0.5至1.2米/分钟。

45.根据31至44中任一项的方法，其中所述方法进一步包括在使树脂浸渍纤维成形之前冷却树脂浸渍纤维。

46.根据31至45中任一项的方法，其中成形的树脂浸渍纤维在150-250℃、优选170-200℃的温度固化。

47.根据31至46中任一项的方法，其中所述方法在具有如下相对湿度的气候控制腔室内进行：10至80％、优选20％至65％、更优选40至65％和/或前述值的组合，根据ASTME337测量。

48.根据31至47中任一项的方法，其中所述方法使用根据1至30中任一项的设备。

49.可根据31至47中任一项的方法或通过根据1至30中任一项的设备得到的拉挤成型制品。

50.根据49的拉挤成型制品，其中所述制品包含55至85％的纤维体积分数和15至45％的树脂含量，优选60至75％的纤维体积分数和40至25％的树脂含量和/或前述范围的组合，根据ASTM D3171测量。

51.根据49或50的拉挤成型制品，其中所述制品包含以下性质的一种或多种：

(i)平均厚度为1.5至15.5mm、优选4.5至5.5mm、更优选4.9至5.0mm、甚至更优选4.5至10mm；和/或

(ii)纤维取向为-2°至2°；和/或

(iv)抗压模量为至少127GPa，根据ISO 14126；和/或

(v)线性拉伸断裂应变为至少0.94％，根据ISO 527；和/或

(vi)线性压缩断裂应变为至少0.69，根据ISO 14126；和/或

(vii)层间剪切强度为至少52MPa，根据ISO 14130.

52.根据49至51中任一项的拉挤成型制品在风力涡轮机中的用途。

53.根据前述中任一项的设备，其中浸渍区域具有比所述注射区域小的体积或尺寸，优选其中所述浸渍区域之后是缓冲区域，所述缓冲区域具有逐渐增加的体积或尺寸。

54.根据前述任一项中的设备，其中表面材料例如剥离层、引导装置在设备中一体化形成，优选在设备的内侧加工。

现将仅通过实施例的方式并且参考附图进行阐明本发明，附图中：

图1为根据本发明一个实施方式的一个拉挤成型设备；

图2为根据本发明一个实施方式的另一个拉挤成型设备；

图3为用于根据本发明另一个实施方式的拉挤成型设备的分流梭或入口；

图4为根据本发明一个实施方式的另一个拉挤成型设备；和

图5为根据本发明一个实施方式的另一个拉挤成型设备。

图1中示出拉挤成型方法1，其包含拉挤成型设备3、4，所述拉挤成型设备包含用于接收来自经轴架2的丝束的部分3，和用于将树脂注射进入纤维中、浸渍所述树脂注射纤维和使浸渍纤维成形的部分4。部分4为一体化腔室的形式，在所述一体化腔室中纤维在树脂注射区域内接触或汇聚。成形的浸渍纤维5在腔室4内固化并且然后卷绕在辊6上。

接收部分3为分流梭或入口的形式，所述分流梭或入口包含多个孔，各个孔接收纤维丝束。孔间隔开并且孔的定位引导纤维丝束汇聚在所述树脂注射区域内。

根据本发明的一个实施方式的拉挤成型设备10的细节示于图2中。设备10包含用于接收纤维的部分24、将树脂注射进入纤维中的部分22、用于浸渍所述树脂注射纤维的部分25和用于使浸渍纤维成形的部分26。所述纤维汇聚在所述树脂注射部分22中。

所述树脂通过树脂注射器20注射，所述树脂注射器20在汇聚纤维的点注射所述树脂。

所述部分24、22、25和26一体化形成腔室12。铺面材料例如面纱或剥离层14引导至接收部分24的腔室12和浸渍部分25中。腔室12包含另外的树脂注射端口16，所述另外的树脂注射端口16适于通过剥离层14注射树脂。这些端口16也可为密闭的。

模头或成形部分26使浸渍纤维成形。该部分26进一步包含加热成形纤维的加热装置，这允许成形纤维进行固化。

使用时，纤维牵引通过腔室12同时在汇聚纤维点处在所述注射区域22内中心注射树脂。当纤维移动通过腔室时，将纤维压缩以迫使树脂从腔室12的中心朝向腔室壁向外流动，从而在部分25中浸渍纤维。然后将浸渍纤维通过成形或模头部分26成形，然后固化。

图3示出接收部分的入口31的形式。纤维丝束布置为流动通过移动梳32、33中的孔。梳子32、33的移动通过水平移动的电动机34和垂直移动的电动机35控制。

移动梳32、33防止起绒毛并且促进丝束流动通过拉挤成型设备。

图4示出根据本发明另一个实施方式的拉挤成型设备。纤维在低真空下通过注射部分40注射。迫使纤维和然后的树脂穿过较小体积的浸渍区域41，使得树脂挤压进入纤维中。通过迫使所述树脂进入纤维中的压力来增加浸渍程度。设备包含缓冲区域42，其体积相对于设备的前面部分和后面部分而增加。该缓冲区域合并到浸渍区域的最终几何结构43和然后的成形区域，所述成形区域为模头44。

在一个进一步的实施方式中，缓冲区域可以连通至与设备的模头或注射部分内的压力相比降低的压力，或连通至大气压或连通至低于大气压的压力。

图5中示出根据本发明另一个实施方式的注射设备50，其包含浸渍部分52和模头54形式的成形部分。浸渍部分52的上壁和下壁在成形部分或模头54的方向上汇聚，浸渍部分52在连接点与模头部分54连接，所述连接点在浸渍部分52和模头部分54之间具有接触点。浸渍部分52的上壁和下壁在与模头54连接的连接点各自包括基本垂直的部分，所述垂直部分基本垂直于模头54的轴线。浸渍部分52的上壁和下壁的基本垂直部分各自具有1mm的长度，使得浸渍部分52和模头部分54在连接点的总高度差为2mm。或者，浸渍部分52的上壁和下壁的基本垂直部分各自具有1.2mm的长度，使得浸渍部分52和模头部分54在连接点的总高度差为2.4mm。

Claims

1.拉挤成型设备，其包含：

a)用于接收纤维的部分，

b)将树脂注射进入所述纤维的部分，

c)浸渍树脂注射纤维的部分，和

d)用于使浸渍纤维成形的部分，

2.根据权利要求1的设备，其中所述树脂注射部分包含树脂注射装置，其中所述纤维汇聚在与所述注射装置相邻的注射区域内。

3.根据权利要求1或2的设备，其中所述注射部分和所述浸渍部分一体化。

4.根据权利要求1或2的设备，其中所述注射部分、所述浸渍部分和所述成形部分一体化。

5.根据权利要求1或2的设备，其中所述浸渍部分沿着所述浸渍部分延伸至所述成形部分的长度降低截面面积。

6.根据权利要求5的设备，其中所述浸渍部分的至少两个相对壁汇聚为沿着所述浸渍部分的长度的基本连续的曲线。

7.根据权利要求5的设备，其中所述浸渍部分的至少两个相对壁汇聚为一系列的两条或更多条线段，所述线段相对于所述浸渍部分沿着所述浸渍部分的长度的轴线呈不同角度。

8.根据权利要求7的设备，其中所述线段相对于所述浸渍部分的轴线的角度在所述成形部分沿着所述成形部分的长度的方向上减少。

9.根据权利要求7的设备，其中在相对于所述浸渍部分的轴线呈不同角度的两条或更多条线段中的至少两条线段之间存在线性部分，所述线性部分基本平行于所述浸渍部分的轴线。

10.根据权利要求5的设备，其中所述浸渍部分的至少两个相对壁各自包括壁部分，所述壁部分基本垂直于所述浸渍部分的轴线。

11.根据权利要求10的设备，其中基本垂直的壁部分基本位于所述浸渍部分的端部并且与所述成形部分相邻。

12.根据权利要求10的设备，其中基本垂直的壁部分部分地沿着所述浸渍部分的长度定位。

13.根据权利要求1或2的设备，其中所述注射部分包含树脂注射装置，所述树脂注射装置在所述注射部分内中心布置。

14.根据权利要求13的设备，其中所述接收部分包含用于相对于所述注射部分定位纤维的入口，并且其中所述入口相对于所述注射部分中心布置。

15.根据权利要求1或2的设备，其中所述注射部分包含至少一个树脂注射喷嘴。

16.根据权利要求15的设备，其中所述至少一个树脂注射喷嘴为扁平的、宽的、大的长径比，基本圆形或基本槽形形状。

17.根据权利要求1或2的设备，其中所述纤维接收部分包含入口，所述入口包含呈振动格栅排列的能够大小变化的开口。

18.根据权利要求17的设备，其中所述入口包含彼此呈90°排列的振动梳。

19.根据权利要求1或2的设备，其中所述设备进一步包含用于向一个或多个部分中插入铺面材料的孔。

20.根据权利要求19的设备，其中所述铺面材料以交错排列的形式插入。

21.制备拉挤成型的树脂增强纤维的方法，其包括以下步骤：

a)在设备的纤维接收部分中接收纤维，

b)在所述设备的树脂注射部分中将树脂注射进入纤维中，

c)在所述设备的浸渍部分中浸渍树脂注射纤维，和

d)在成形部分或模头部分中将浸渍纤维成形为拉挤成型制品，

其中接收的纤维汇聚在所述树脂注射部分中。

22.根据权利要求21的方法，其中当纤维从所述注射部分行进通过所述浸渍部分时，所述树脂从注射区域向外流动。

23.根据权利要求21或22的方法，其中所述设备为权利要求1至20中任一项所述的设备。

24.根据权利要求21或22的方法，其中所述方法包括在以下部分的一个或多个部分中提供铺面材料：所述注射部分、浸渍部分或成形部分。

25.根据权利要求24的方法，其中以交错排列的形式提供所述铺面材料。

26.根据权利要求21或22的方法，其中所述方法进一步包括在使树脂浸渍纤维成形之前，将铺面材料加入到所述纤维中。

27.根据权利要求26的方法，其中所述浸渍纤维完全包覆在铺面材料中。

28.根据权利要求24的方法，其中所述铺面材料包含面纱或剥离层。

29.根据权利要求28的方法，其中将树脂通过所述面纱或剥离层注射进入所述纤维中。

30.由根据权利要求21至29中任一项的方法或借助于根据权利要求1至20中任一项的设备可得到的拉挤成型制品，其中所述制品包含55至85％的纤维体积分数和15至45％的树脂含量，通过ASTM D3171确定；和/或

其中所述制品包含以下性质的一种或多种：

(i)平均厚度为1.5至15.5mm；和/或

(ii)纤维取向为-2°至2°；和/或

(iv)抗压模量为至少127GPa，根据ISO 14126；和/或

(v)线性拉伸断裂应变为至少0.94％，根据ISO 527；和/或

(vi)线性压缩断裂应变为至少0.69％，根据ISO 14126；和/或

(vii)层间剪切强度为至少52MPa，根据ISO 14130。