CN108367508A - 制备半成品薄片的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半连续制备用连续纤维单向增强的薄片子部分制成的半成品薄片的装置和方法，以及制备该半成品薄片的方法，其中最终半成品薄片中的纤维以与最终半成品薄片的最长轴成角度x(15)地排列，所述角度x(15)不等于0°，最大至包括90°。

Description

制备半成品薄片的设备和方法
本发明涉及用于半连续制备由单向连续纤维增强的片材切片构成的半成品片材的设备和方法，还涉及制备该半成品片材的方法，其中纤维是嵌入聚碳酸酯基体中的，且在最终半成品片材中与最终半成品片材的最长轴线成大小为非0°至包括90°在内的角度x排列。
该最终半成品片材在下文中也被称为“x°带材(x°-tape)”。
其中纤维在半成品片材中与半成品片材的最长轴线成角度x为0°排列的带材在下文中简称为“0°带材”。这些0°带材的一种用途是作为用于制备x°带材的前体。
术语“带材”用于既指0°带材也指x°带材。带材的长边彼此平行。
在本发明上下文中，半连续制备应理解为是指包括连续进行或实施的方法步骤和不连续进行或实施的方法步骤的制备方法。
在本发明的设备上根据本发明制备的x°带材特别具有的特征在于，纤维并非如0°带材的情况那样沿着与带材的最长轴线成0°的方向而布置，而是与前进方向成角度x排列，其中角度x非0°。带材的最长轴线也称为运行方向(running direction)。“连续纤维增强”应理解为是指增强纤维的长度基本等于待增强的带材在纤维方向上的尺寸。与“纤维”相关的“单向”应理解为是指带材中的纤维仅在一个方向上排列。
纤维增强材料因其突出的特定性能，其使用在近几十年已经稳步增加。纤维增强材料用于特别是进行加速的结构中，以便能够减轻重量并因此使能量消耗最小化而不会发生材料强度或刚度的减小。
纤维增强材料，也称为纤维复合材料或简称为复合材料，是由基体材料组成的至少双相的材料，在所述基体材料中纤维基本完全嵌入并被包封。基体具有赋予形状的功能，旨在保护纤维免受外部影响，并且是在纤维之间传递力和引入外部载荷所必需的。纤维对材料的机械性能起决定性作用，其中在工业上通常使用玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、玄武岩纤维或天然纤维。根据预期用途，所使用的基体材料通常是热固性或热塑性聚合物，有时甚至是弹性体。
热固性聚合物早已在许多行业中确立。然而，一个决定性的缺点是固化时间长，导致在得到组件的加工期间循环时间相应地过长。这使得基于热固性塑料的复合材料特别对大体积的工业应用而言是没有吸引力的。相比之下，只要基于热塑性塑料的复合材料是完全固结的半成品产品的形式，例如作为连续纤维增强片材或型材形式，那么在进行其他处理时通常仅仅加热、塑造和冷却即可，目前这在1分钟以内的循环时间内就可实现。所述处理也可以与其他方法步骤结合，例如用热塑性塑料嵌入成型，这使得可以达到非常高度的自动化和功能集成。
所使用的增强材料基本是半成品纺织产品，例如编织物、多层无纬物(multi-plylaid)或无纺布(例如毡、无定向的纤维垫(random-laid fibre mat)等)。这些形式的纤维增强材料的一个特征在于，在半成品纺织产品中纤维的取向——以及因而在随后部件中的力作用轨迹——已确定。虽然这确实允许直接制备多向增强的复合材料，但其在层结构柔韧性、机械性能和经济性方面具有缺点。在基于热塑性塑料的体系中，通常将这些半成品纺织产品在压力和温度作用下用聚合物浸渍，然后切割成尺寸并作为固化的片材进行进一步处理。
除了这些已经建立的基于半成品纺织品的体系外，基于热塑性塑料的带材正在变得越来越重要。它们因为可以省略半成品纺织品产品制备的方法步骤而具有经济优势。这些基于热塑性塑料的带材适合用于制备多层结构，特别也用于制备多向结构。
在WO 2012 123 302 A1中记载了用于制备用单向排列的连续纤维增强的基于热塑性塑料的半成品片材的方法和设备，其公开内容通过引用的方式全部并入本发明的说明书中。所公开的方法/所公开的设备提供了这样的纤维增强半成品片材：在所述纤维增强半成品片材中连续纤维沿着与供应片材的延伸方向成0°的方向排列。
在EP 2 631 049 A1中也记载了用于制备单向连续纤维增强的带材的方法和设备，其公开内容同样通过引用的方式全部并入本发明的说明书中。
在EP 2 631 049 A1中公开的方法中，为了制备x°带材，从具有主方向、塑料基体以及多个以单向取向方式固定并与延展方向成0°的角度的纤维的供应片材中分离出片段，将这些片段彼此相邻排列，使得它们沿着平行于延展方向延伸的纵向边彼此平行并相邻且与纵向方向成预定角度，然后使相邻片段在其纵边区域彼此接合。因此，所述供应片材对应于0°带材，片段对应于片材切片。然后在0°带材中，纤维以与x°带材的延展方向成非0°的角度x排列。
EP 2 631 049 A1中公开的设备包括：分配装置，用于分配具有主方向、塑料基体以及多个以单向取向方式固定并与主方向成0°角的纤维的供应片材的片段；排列装置，用于将片段彼此相邻排列，使它们沿与主方向平行延伸的纵向边缘彼此平行并相邻且与纵向方向成预定角度(a)；接合装置，用于使相邻片段以其纵边区域接合。
在EP 2 631 049 A1中公开的设备的缺点在于——从上方看——分配装置和排列装置必须以彼此成180°减去预定角度(a)的角度排列，以实现片段的接合，使得在x°带材中，纤维相对于x°带材的最长延展方向为非0°排列。换言之，这意味着设备不是形成连续的直线，而是材料的分配装置与排列装置成角度(a)排列，即形象地说，该设备在其排列中具有一个弯曲。
这从而具有这样的缺点：例如，这样的设备在机器车间中需要明显更多的空间。当要将多个这一类型的设备容纳在机器车间中时尤其如此。
该类型的设备的另一个缺点在于，设定不同的纤维与延展方向的角(a)还需要相应地改变分配装置与排列装置之间的角度。这不方便，并且增加结构复杂性并使系统更容易出错，并进一步增加了上述空间缺点。
该方法的缺点在于片段的前进方向改变。这使得该方法更容易出错，尤其相邻片段在其纵向边区域接合的过程中；并且可能在x°带材制备中导致中断和延迟。
另外，EP 2 631 049 A1中公开的设备并不用于制备包含热塑性聚碳酸酯作为基体材料的带材。其原因之一是用EP2 631 049 A1中公开的设备制备带材的方法的上述的易出错性，特别是在相邻片段在其纵向边区域接合的过程中。
与通常使用的热塑性塑料相比，聚碳酸酯的缺点为它们几乎不具有蠕变倾向，因此在恒定应力下具有开裂倾向。这特别对于用于包含连续纤维的复合材料中而言是极大的问题，因为在塑料基体中包含连续纤维的复合材料因连续纤维而一直处于恒应力下。因此，迄今为止，聚碳酸酯作为用于这类包含连续纤维的复合材料的塑料基体在实践中仅起到辅助作用。然而，原则上希望将聚碳酸酯的应用领域拓宽至包括带材，因为与其他常规热塑性塑料例如聚酰胺或聚丙烯相比，聚碳酸酯在固化过程中示出减少的体积收缩。与其他热塑性塑料相比，聚碳酸酯还示出更高的玻璃化转变温度Tg、更高的耐热性和更低的吸水性。
为了允许在带材的制备中使用聚碳酸酯，因此特别地必须以理想无瑕疵的方式进行相邻片段以其纵向边缘区域的接合。
此外，包含聚碳酸酯作为基体材料的带材可提供具有美学上令人愉悦的低起伏表面和良好的机械性能的多层复合材料。由包含聚碳酸酯作为基体材料的带材构成的多层复合材料示出类金属的触觉、光学和声学。
这些性质还使得这种多层复合材料适合作为外壳材料用于电子器件的外壳，特别是便携式电子器件如便携式电脑或智能电话的外壳，以及用于汽车的外部和内部装饰，因为这种多层复合材料可以承受机械载荷和提供出色的外观。
因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点。
本发明的一个特定目的是提供一种设备，利用该设备可制备由片材切片构造的x°带材，其中纤维嵌入聚碳酸酯基体中并与x°带材的延展方向具有大小为非0°至包括90°在内的角度x，其中——从上方看，简称在俯视图中——设备的主要组件排列成使得它们在其排列中没有弯曲。
本发明的另一个特定目的是提供一种设备，利用该设备可以制备由片材切片构造的x°带材，其中纤维嵌入聚碳酸酯基体中并与x°带材的延展方向具有非0°角度，其中排列设备的主要组件使得在俯视图中设备的主轴线形成直线，使得0°带材、由其切割的片材切片和x°带材在其制备期间的前进方向保持不变，并与0°带材和x°带材的延展方向一致。换句话说，设备的主轴线在其轨迹上形成直线。
本发明的另一个特定目的是提供一种设备，与现有技术相比，利用该设备能够使得带材的相邻片材切片以其纵向边区域的接合较不容易出错，并因此使得能够制备由片材切片构造的x°带材，其中纤维嵌入聚碳酸酯基材中并与x°带材的延展方向成非0°的角度。
该目的通过包括以下主要组件的设备实现：
(A)切割装置；
(B)搬运装置；
(C)接合装置，
它们在设备中以上述顺序彼此相继。
以下额外的组件布置在切割装置(A)的上游：
(D)展开装置；
(E)第一储存单元(贮料器)；
(F)进料装置。
以下额外的组件布置在接合装置(C)的下游：
(G)卸料装置；
(H)第二储存单元(贮料器)；
(J)卷绕装置。
这得到主要组件和额外的组件在前进方向上的以下次序：
D–E–F-A–B–C-G–H–J
展开装置(D)例如可以包括一个辊，辊上卷绕0°带材。但是，展开装置(D)的其他工具也是可能的。在延展方向上，0°带材的长度通常为100至3000m，宽度为60至2100mm，优选500至1000mm，特别优选600至800mm，以及厚度为100至350μm，优选120至200μm。然而，具有其他尺寸的0°带材也可以在本发明的设备上处理。
如上所述，这种具有热塑性塑料基体的0°带材及其制备本身已知于例如EP 2 631049 A1中。然而，同样可利用其中纤维与半成品片材在延展方向上成0°角度排列的单向连续纤维增强的半成品片材，并且半成品片材的长边彼此平行延展且其具有其他尺寸。
优选其中基体材料包含以下程度的基于聚碳酸酯的热塑性塑料的0°带材：至少50重量％，优选至少60重量％，优选至少70重量％，特别优选至少90重量％的程度，非常特别优选至少95重量％，特别是至少97重量％。换言之，在本发明的上下文中，基于聚碳酸酯的热塑性塑料可包含不多于50重量％，优选不多于40重量％，优选不多于30重量％，特别是不多于20重量％特别优选不多于10重量％，非常特别优选不超过5重量％，特别是不超过3重量％的一种或多种不同于聚碳酸酯的组分作为共混配合物。
优选基于聚碳酸酯的热塑性塑料基本上由特别是达到100重量％程度的聚碳酸酯组成。
在本文中，当提及聚碳酸酯时，这也包括不同聚碳酸酯的混合物。在本文中，聚碳酸酯还用作总称，因此包含均聚碳酸酯和共聚碳酸酯。聚碳酸酯也可为已知形式的线性或分支的。
优选基于聚碳酸酯的塑料由70重量％，80重量％，90重量％程度，或者基本上，特别是100重量％程度的线性聚碳酸酯构成。
聚碳酸酯可以以已知方式由二酚、碳酸衍生物和任选的链终止剂和支化剂制备。有关聚碳酸酯制备的细节已为本领域技术人员熟知至少约40年。在本文中，例如可以参考Schnell,Chemistry and Physics of Polycarbonates,Polymer Reviews,第9卷,Interscience Publishers,New York,London,Sydney 1964；参考D.Freitag,U.Grigo,P.R.Müller,H.Nouvertné,BAYER AG,"Polycarbonates"in Encyclopedia of PolymerScience and Engineering,第11卷,第2版,1988,第648-718页；以及最后参考U.Grigo,K.Kirchner和P.R.Müller"Polycarbonate"in BeckerBraun,Kunststoff-Handbuch,第31卷,Polycarbonate,Polyacetale,Polyester,Celluloseester,Carl Hanser VerlagMunich,Vienna 1992,第117-299页。
芳族聚碳酸酯例如通过界面法，使二酚与羰基卤化物(优选光气)和/或与芳族二羰基二卤化物(优选苯二羰基二卤化物)进行反应而制备，任选使用链终止剂且任选使用三官能或多于三官能的支化剂。也可以经由熔融聚合方法通过二酚与例如碳酸二苯酯的反应制备。适合用于制备聚碳酸酯的二酚是例如氢醌、间苯二酚、二羟基联苯、双(羟基苯基)烷烃、双(羟基苯基)环烷烃、双(羟基苯基)硫化物、双(羟基苯基)醚、双(羟基苯基)酮、双(羟基苯基)砜、双(羟基苯基)亚砜、α,α'-双(羟基苯基)二异丙基苯、衍生自靛红衍生物或酚酞衍生物的苯并吡咯酮(phthalimidine)，以及相关的环烷基化的、环芳基化的和环卤代的化合物。
优选使用的二酚是基于邻苯二甲酰亚胺的那些二酚，例如2-芳烷基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺或2-芳基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺如2-苯基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺，2-烷基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺如2-丁基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺、2-丙基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺、2-乙基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺或2-甲基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺，以及基于在氮上被取代的靛红的二酚如3,3-双(4-羟基苯基)-1-苯基-1H-吲哚-2-酮或2,2-双(4-羟基苯基)-1-苯基-1H-吲哚-3-酮。
优选的二酚是4,4'-二羟基联苯、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(双酚A)、2,4-双(4-羟基苯基)-2-甲基丁烷、1,1-双(4-羟基苯基)-对二异丙基苯、2,2-双(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷、二甲基双酚A、双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)甲烷、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷、双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)砜、2,4-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)-2-甲基丁烷、1,1-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)对二异丙基苯和1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷。
特别优选的二酚为2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(双酚A)、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷和二甲基双酚A。
这些和其他合适的二酚记载在例如US-A 3 028 635、US-A 2 999 825、US-A 3148 172、US-A 2 991 273、US-A 3 271 367、US-A 4 982 014和US-A 2 999 846，DE-A 1570 703、DE-A 2063 050、DE-A 2 036 052、DE-A 2 211 956和DE-A 3 832 396，FR-A 1561 518，专著H.Schnell,Chemistry and Physics of Polycarbonates,IntersciencePublishers,New York 1964以及JP-A 620391986、JP-A 620401986和JP-A 1055501986中。
在均聚碳酸酯的情况下仅使用一种二酚，并且在共聚碳酸酯的情况下使用两种或更多种二酚。
合适的羧酸衍生物的实例包括光气或碳酸二苯酯。可用于制备聚碳酸酯的合适的链终止剂是单酚。合适的单酚例如是苯酚本身，烷基苯酚如甲酚、对叔丁基苯酚、枯基苯酚及其混合物。
优选的链终止剂是被线性或支化的优选未取代的C1至C30烷基或被叔丁基单取代或多取代的酚。特别优选的链终止剂是苯酚、枯基苯酚和/或对叔丁基苯酚。所使用的链终止剂的量优选为0.1至5摩尔％，各自基于使用的二酚的摩尔数计。链终止剂的添加可以在与羧酸衍生物反应之前、期间或之后进行。
合适的支化剂是聚碳酸酯化学中所熟悉的三官能或多于三官能的化合物，特别是具有三个或多于三个酚OH基的那些化合物。
合适的支化剂为例如1,3,5-三(4-羟基苯基)苯、1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷、三(4-羟基苯基)苯基甲烷、2,4-双(4-羟基苯基异丙基)苯酚、2,6-双(2-羟基-5'-甲基苄基)-4-甲基苯酚、2-(4-羟基苯基)-2-(2,4-二羟基苯基)丙烷、四(4-羟基苯基)甲烷、四(4-(4-羟基苯基异丙基)苯氧基)甲烷和1,4-双((4',4-二羟基三苯基)甲基)苯和3,3-双(3-甲基-4-羟基苯基)-2-氧代-2,3-二氢吲哚。
任选使用的支化剂的量优选为0.05摩尔％至3.00摩尔％，各自基于使用的二酚的摩尔数计。可将支化剂首先与二酚和链终止剂一起加入碱水相中或以溶解在有机溶剂中的形式添加，然后光气化。在酯交换方法的情况下，支化剂与二酚一起使用。
特别优选的聚碳酸酯是基于双酚A的均聚碳酸酯、基于1,3-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷的均聚碳酸酯和基于两种单体双酚A和1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷的共聚碳酸酯。
此外，也可以使用共聚碳酸酯。为了制备这些共聚碳酸酯，可以使用基于所使用的二酚的总量计1重量％至25重量％，优选2.5重量％至25重量％，特别优选2.5重量％至10重量％的具有羟基芳氧基端基的聚二有机硅氧烷。这些是已知的(US 3 419 634、US-PS 3189 662、EP 0 122 535、US 5 227 449)并且可以通过文献中已知的方法来制备。同样合适的是含聚二有机硅氧烷的共聚碳酸酯；含聚二有机硅氧烷的共聚碳酸酯的制备记载在例如DE-A 3 334 782中。
聚碳酸酯可以单独存在或作为聚碳酸酯的混合物存在。也可以将聚碳酸酯或聚碳酸酯的混合物与作为共混配合物的一种或多种不同于聚碳酸酯的塑料一起使用。
可以使用的共混配合物包括聚酰胺，聚酯特别是聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚交酯、聚醚、热塑性聚氨酯、聚缩醛，含氟聚合物特别是聚偏氟乙烯，聚醚砜，聚烯烃特别是聚乙烯和聚丙烯，聚酰亚胺，聚丙烯酸酯特别是聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚芳醚酮，苯乙烯聚合物特别是聚苯乙烯，苯乙烯共聚物特别是苯乙烯丙烯腈共聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯嵌段共聚物和聚氯乙烯。
任选也可以存在基于热塑性塑料的重量计最高达50.0重量％，优选0.2至40重量％，特别优选0.10至30.0重量％的其他常规添加剂。
该类物质包括阻燃剂，抗滴落剂(anti-drip agent)，热稳定剂，脱模剂，抗氧化剂，UV吸收剂，IR吸收剂，抗静电剂，荧光增白剂，光散射剂，着色剂如颜料，包括无机颜料、炭黑和/或染料，以及无机填料，其量为常规用于聚碳酸酯的量。这些添加剂可以单独添加或以混合物添加。
通常在例如EP-A 0 839 623、WO-A 96/15102、EP-A 0 500 496或"PlasticsAdditives Handbook",Hans Zweifel,第5版2000,Hanser Verlag,Munich中记载的聚碳酸酯的情况下添加这些添加剂。
向用于基体的聚碳酸酯中加入热稳定剂和流动改进剂通常是有用的，条件是它们不降低聚碳酸酯的分子量和/或降低Vicat温度。
可考虑的纤维材料包括天然纤维如纤维状矿物或植物纤维，和人造纤维如无机合成纤维或有机合成纤维。优选玻璃纤维、碳纤维或聚合物纤维，更优选玻璃纤维或碳纤维。
非常特别优选使用弹性模量(E-modulus)大于70GPa，优选大于80GPa，特别优选大于90GPa的玻璃纤维，或弹性模量大于240GPa，优选大于245GPa，特别优选250GPa或更高的碳纤维。特别优选具有上述弹性模量的碳纤维。这样的碳纤维例如可以从MitsubishiRayon CO.,LtD.以商品名Pyrofil商购获得。
纤维通常涂有所谓的胶料。如果使用聚碳酸酯作为基体，则适合胶料的体系通常包括热固性塑料、硅烷、环氧树脂或聚氨酯。然而，纤维或纤维的一部分也可以不包括胶料。
由该展开装置(D)，0°带材连续展开并沿前进方向进料到储存装置。然后第一储存单元(E)将0°带材经由进料装置(F)进料到切割装置(A)。第一储存单元(E)例如可以包括多个辊，安装成它们可在重力方向上平移移动，或者可以以另一种有用的方式构造。进料装置(F)例如可为解开(unrolling)装置、传送带或传送辊区段。进料装置(F)进料0°带材，使得0°带材的延展方向与本发明的设备的前进方向一致。
0°带材的切割是一种不连续操作。因此，0°带材的连续前进以一定间隔中断，以便能够进行切割操作，使得切割对应于与0°带材的延展方向成角度x的直线。切割装置(A)例如可以是旋转切割机、冲击剪切机、板式剪切机、截切机(guillotine)、杠杆式剪切机、激光器、水射流切割装置、铣床、裁断锯、带锯、切割盘或其他合适的实施方案。切割装置(A)用于由0°带材以与0°带材的前进方向成预定角度x的方式切割片材切片，其中前进方向指定为角度0°。角度x的大小为大于0°至包括90°在内的角度，其中角度x优选大小为30°、33°、45°、60°、75°或90°；角度x特别优选大小为90°。当与前进方向成顺时针地确定角度x时，则角度x的值前缀有负号；当逆时针地确定角度x时，则角度x的值前缀有正号，但是，这种表示与一般惯例不一致。确定角度x的大小，使其由最小的可能大小来定义。因此，值为135°的角度x将等于值为-45°的角度x；那么角度x的大小记为45°；值为120°的角度x将等于值为-60°的角度x；那么角度x的大小记为60°。
优选地构造切割装置，使其可以用于设置顺时针和逆时针的0°至90°之间的任何期望的角度。
从连续前进到不连续前进的变化通过进料装置(F)进行，其中在0°带材前进中断期间，第一储存单元(E)在中间存储从展开装置(D)连续供给的0°带材。
在另一个不连续的步骤中，搬运装置(B)将从0°带材切下的片材切片在同一平面内旋转x角度大小，并将其在前进方向一个接一个地放置，使得在片材切片中，在0°带材中是相互平行的外侧面区域的侧面现在彼此相对放置。在0°带材中处在所述带材之内的区域现在形成相互平行的外侧面。因此，片材切片中的纤维也与前进方向成角度x排列。
必须确保搬运装置(B)以这样的方式将片材切片在前进方向上旋转角度x大小：在旋转角度x之后，在0°带材中处于所述带材之内的区域现在平行于前进方向放置，而在0°带材中是相互平行的外侧面区域的侧面现在以与前进方向成角度x大小排列。
搬运装置(B)例如可以构造为机械抓臂或抓手、转台、可旋转的抽吸装置、具有旋转轴线的直线导轨或为其他适当的形式。
搬运装置(B)在前进方向上之后是接合装置(C)。在所述接合装置(C)中，在另一不连续的步骤中，片材切片被彼此粘合连接以形成x°带材，使得在0°带材中是相互平行的外侧面区域的侧面现在处于x°带材之内，x°带材的相互平行的外侧面由在0°带材中处于所述带材之内的区域形成。由此，在x°带材中纤维也与前进方向成角度x大小排列。
接合装置(C)可以构造成焊接装置或粘接装置。所述装置优选构造成焊接装置，其中焊接操作例如通过热条、激光、热空气、红外辐射或超声进行。根据本发明，该接合以端对端接合的形式实施，使得不存在片材切片的重叠，即，片材切片仅以在0°带材中是相互平行的外侧面区域的面彼此接合，0°带材的顶侧或底侧区域不参与产生接合。
搬运装置(B)和/或接合装置(C)可以装配有用于片材切片的定位装置。该定位装置尤其可以实现带材的相邻片材切片以其纵向边区域接合，这与现有技术相比更不容易出错，从而使得可以以特别有利的方式制备由片材切片构造的x°带材，其中纤维嵌入聚碳酸酯基体中且与x°带材的延展方向成非0°角度。
接合装置在前进方向上连接卸料装置(G)，其起进一步传输x°带材作用。由于接合装置(C)的不连续操作和由此产生的x°带材的长度的不连续增长，该进一步传输最初同样是不连续的。然后卸料装置(G)之后是第二储存单元(H)，其将不连续前进转变成连续前进。该第二储存单元(H)可以与位于切割装置上游的第一储存单元(E)相同或不同方式构造。该储存之后是卷绕装置(J)，它把x°带材卷到一个芯上。
根据本发明的设备使得可以排列其主要组件，使得它们在其轨迹的平面内形成直线，从而0°带材、由其切割的片材切片以及x°带材在其制备期间的前进方向是相同的并且保持不变，并且设备的主轴线形成直线。
特别地，本发明的设备的搬运装置(B)使得切割装置(A)、搬运装置(B)和接合装置(C)能够在其轨迹的平面内形成直线，从而0°带材、由其切割的片材切片以及在制备期间的0°带材的前进方向是相同的并且保持不变。该排列的结果是，与现有技术的排列相比，需要更少的空间并且多个本发明的设备可以更容易地容纳在机器车间中。
此外，在本发明的设备的情况下，改变切割装置(A)和接合装置之间的角度以设定不同的角度x不再是必须的，而是搬运装置(B)将片段相应于改变的角度x旋转就足够。这节省了人力并带来了额外的空间优势。
特别有利的是，不仅主要组件A至C而且进料装置(F)和卸料装置(G)与主要组件A至C一起布置成在俯视图中设备的主轴线形成一条直线，使得0°带材、由其切割的片材切片以及0°带材在制备期间的前进方向是相同的并且保持不变。根据本发明的设备的这种构造特别节省空间，并特别强烈地带来将不再需要改变切割装置(A)和接合装置(C)之间的角度以设定不同的角度x的优点。
非常特别有利的是，所有组件D–E–F-A–B–C-G–H–J布置成使得在俯视图中设备的主轴线形成直线。
搬运装置的使用使得可排列本发明的设备的主要部件，使得在俯视图中设备的主轴线形成直线，从而0°带材、由其切割的片材切片以及x°带材在制备期间的前进方向是相同的并且保持不变。
本发明的设备还使得相邻片材切片可以其纵向边区域接合，这与现有技术相比更不易出错，并且使得可制备由片材切片构造的x°带材，其中纤维嵌入聚碳酸酯基体中并且与x°带材的延展方向成非0°的角度。
这些x°带材使得可以制备示出美学上令人愉快的低起伏表面和良好的机械性能的多层复合材料。由包含聚碳酸酯作为基体材料的带材构造的这种多层复合材料示出类金属的触觉、光学和声学，因此也适合作为外壳材料用于电子器件的外壳，特别是便携式电子器件如便携式电脑或智能手机的外壳，以及用于汽车的外部和内部饰件，因为这类多层复合材料可以承受机械载荷并提供优异的外观。
本发明还提供一种制备半成品片材的方法，其中纤维以与最终半成品片材的延展方向成大小为非0°至包括90°在内的角度x排列。根据本发明的方法优选在本发明的上述设备上进行。
所述方法包括以下步骤：
(1)将0°带材切割成片材切片；
(2)将片材切片旋转x角度大小；
(3)粘性接合所述片材切片以得到x°带材，
其中0°带材、由其切割的片材切片以及x°带材在制备期间的前进方向保持不变。
如前所述，必须确保搬运装置(B)将片材切片在前进方向上旋转角度x大小，以便在旋转角度x后，在0°带材中处于所述带材之内的区域现在与前进方向平行放置，而在0°带材中是相互平行的外侧面区域的侧面现在以与前进方向成角度x大小排列。
该方法使得可以布置本发明的设备的主要组件，使得在俯视图中设备的主轴线形成直线，从而0°带材、由其切割的片材切片以及x°带材在制备期间的前进方向相同并且保持不变。
特别地，方法步骤(2)使得可排列本发明的设备的主要组件，使得在俯视图中它们的主轴线形成直线，从而0°带材、由其切割的片材切片以及x°带材在制备期间的前进方向相同并且保持不变，并且设备的主轴线形成直线。
这使得与现有技术的排列相比，实施本发明的方法的设备需要更少的空间，因此多个本发明的设备可以更容易地容纳在机器车间中。
特别有利的是，还进行以下额外的步骤
(0)进料0°带材和
(4)卷绕x°带材，
从而使得0°带材、由其切割的片材切片以及x°带材在制备期间的前进方向保持不变。方法步骤(0)在方法步骤(1)之前进行，方法步骤(4)在方法步骤(3)之后进行。
本发明的方法的该构造使得特别节省空间地排列本发明的设备，并且特别强烈地带来将不再需要改变切割装置(A)和接合装置之间的角度以设定不同的角度x的优点。
根据本发明的方法的实施还使得可将相邻片材切片以其纵向边区域接合，这与现有技术相比更不易出错，从而使得可制备由片材切片构造的x°带材，其中纤维嵌入聚碳酸酯基体中并与x°带材的延展方向成非0°的角度。
这些x°带材使得可以制备示出美学上令人愉悦的低起伏表面和良好的机械性能的多层复合材料。由包含聚碳酸酯作为基体材料的带材构造的这种多层复合材料示出类金属的触觉、光学和声学，因此也适合作为外壳材料用于电子器件的外壳，特别是便携式电子器件如便携式电脑或智能手机的外壳，以及用于汽车的外部和内部饰件，因为这种多层复合材料可以承受机械载荷并提供优异的外观。
优选使用本发明的设备进行本发明的方法。
图1示出了本发明的设备的简化形式，并不意图限制本发明。
附图标记具有以下含义：
1 进料装置(F)
2 切割装置(A)
3 搬运装置(B)
4 接合装置(C)
5 卸料装置(G)
6 前进方向
7 本发明的设备的主轴线
8 0°带材
9 片材切片
10 x°带材
11 0°带材/x°带材的延展方向
12 0°带材中纤维的排列
13 片材切片中纤维的排列
14 x°带材中纤维的排列
15 角度x
16 片材切片被搬运装置旋转的方向

Claims (12)

1.用于半连续制备x°带材的设备，所述x°带材是由单向连续纤维增强的片材切片构造的半成品片材，其中半成品片材中的纤维嵌入聚碳酸酯基体中并与x°带材的延展方向成大小为非0°至包括90°在内的角度x排列，所述设备包括以下主要组件：
(A)切割装置；
(B)搬运装置；
(C)接合装置，
它们在设备中以上述顺序彼此相继排列，其中主要组件布置成使得在俯视图中，设备的主轴线形成直线。
2.权利要求1的设备，其特征在于切割装置(A)具有排列在其上游的进料装置(F)、第一储存单元(E)和展开装置(D)，并且接合装置(C)具有排列在其下游的卸料装置(G)、第二储存单元(H)和卷绕装置(J)，从而得到次序D-E-F-A-B-C-G-H–J。
3.权利要求2的设备，其特征在于主要组件(A)至(C)、进料装置(F)和卸料装置(G)排列成在其轨迹的平面中设备的主轴线形成直线。
4.前述权利要求中任一项的设备，其特征在于搬运装置(B)适用于将由0°带材切割的片材切片在0°带材的前进方向上一个接一个地在同一平面中旋转角度x大小，使得在片材切片中，在0°带材中是相互平行的外侧面区域的侧面现在彼此相对放置。
5.权利要求4的设备，其特征在于，搬运装置(B)构造为机械抓臂或抓手、转台和/或可旋转的抽吸装置。
6.前述权利要求中任一项的设备，其特征在于，角度x具有大于0°至包括90°在内的大小，优选角度x具有30°、33°、45°、60°、75°或90°、特别优选90°的大小。
7.前述权利要求中任一项的设备，其特征在于，搬运装置(B)和/或接合装置(C)装配有用于片材切片的定位装置。
8.制备x°带材的方法，所述x°带材是由单向连续纤维增强的片材切片构造的半成品片材，其中纤维嵌入聚碳酸酯基体中并在该半成品片材中与最终半成品片材的延展方向成大小为非0°至包括90°在内的角度x排列，所述方法包括以下方法步骤：
(1)将0°带材切割成片材切片；
(2)将片材切片旋转x角度大小；
(3)粘性接合所述片材切片以得到x°带材，
其中0°带材、由其切割的片材切片以及x°带材在其制备期间的前进方向保持不变。
9.权利要求8的方法，其特征在于，在方法步骤(1)之前进行以下方法步骤
(0)进料0°带材，
以及在方法步骤(3)之后进行以下方法步骤
(4)卷绕x°带材。
10.权利要求9的方法，其特征在于，在方法步骤(0)至(4)过程中，0°带材、由其切割的片材切片以及x°带材在制备期间的前进方向保持不变。
11.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，其在权利要求1至7中任一项的设备上进行。
12.权利要求1至7中任一项的设备用于进行权利要求8至11中任一项的方法的用途。
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