CN109312501A - 纤维展开 - Google Patents

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CN109312501A CN201780035326.XA CN201780035326A CN109312501A CN 109312501 A CN109312501 A CN 109312501A CN 201780035326 A CN201780035326 A CN 201780035326A CN 109312501 A CN109312501 A CN 109312501A
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文卡塔·马沙瓦拉姆
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Abstract

一种展开纤维的方法，该方法包括提供具有初始宽度Wa的连续纤维束，并且使纤维束在运行方向上运行穿过张紧装置并运行经过或穿过流体流动装置，张紧装置间歇地改变纤维束中的张力，并且在纤维束中的张力变化的同时，所述流体流动装置产生穿过纤维束的流体流，由此纤维束的宽度增加到展开宽度Wb。还公开了一种设备(1)，该设备(1)包括间歇地改变纤维束(2)中的张力的张紧装置(3)和用于产生穿过束(2)的流体流的流体流动装置(4)。

Description

纤维展开
本发明总体上涉及纤维展开(fibre spreading)。更具体地，但不排他地，本发明涉及展开纤维的方法、用于展开纤维的设备及展开的纤维片材。还更具体地，但不排他地，本发明涉及展开玻璃纤维或碳纤维的方法、用于展开玻璃纤维或碳纤维的设备及展开的玻璃纤维片材或碳纤维片材。
纤维，例如碳和玻璃，通常作为纤维束出售，纤维束包括多于一个连续的长丝纤维，这些长丝纤维通过粘合剂材料例如环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂或酚醛树脂被保持彼此大致平行。纤维束通常缠绕在线轴上用于储存和运输。纤维束通常包括大致平行的长丝纤维的丝束(tow)，长丝纤维中的一些可能缠结和/或扭绞或以其它方式在相对于纤维束的其它长丝纤维不平行的取向上布置。市售的纤维束通常含有数千个长丝纤维。
纤维增强复合材料被普遍地制造，为的是生产这样的制品，该制品组合了纤维及保持该纤维的基质两者的材料特性。例如，制造碳纤维增强片材是已知的，在碳纤维增强片材中，基质是树脂，例如环氧树脂。这样的碳纤维增强片材将碳纤维的低比重、高比拉伸强度和高比弹性模量与树脂基质的柔性和/或低费用相组合，以便生产具有相对高的强度重量比的相对便宜的制品。
纤维增强复合片材通常通过使纤维束展开使得它们相对较宽且较薄(例如包含较少的分层)并然后将这些层在基质材料中粘合在一起。通常，纤维束在通过基质材料粘合之前被编织在一起，或以其它方式相对于其它纤维束对齐。在形成复合片材之前，纤维束的展开有利地减少了形成所述片材所需的所述纤维束的量，从而降低了片材的费用，和/或使展开的纤维更均匀。此外，通过在形成复合片材之前展开纤维束，所述形成的片材相对于由未展开的纤维束形成的片材可以更薄且更轻。还此外，通过在形成复合片材之前展开纤维束以便形成相对较薄的纤维束，使基质材料浸渍到纤维束中所需的时间相对减少，从而降低了处理费用。
特别有益的是，展开纤维束，使得束相对宽而且在其宽度上具有相对均匀的纤维分布和相对均一的厚度。最后，可能理想的是，展开纤维束，使得长丝纤维的单层形成，其中如此展开的纤维束在其宽度上在长丝纤维之间没有间隙。然而，与含有较少数目的长丝纤维的纤维束相比，含有相对较多数目的长丝纤维的纤维束倾向于更加缠结和/或扭绞或以其它方式更无序地布置。因此，虽然展开包含相对较大量的长丝纤维的纤维束的益处更为显著(通过实现更大的展开宽度)，但是由于缠结的曲折纤维和/或扭绞，所述展开的难度也更大。此外，当展开纤维束时，最小化对所述纤维束的长丝纤维的损坏并且此外尽可能保持长丝纤维的机械性能是重要的。另外重要的是(特别是在处理玻璃纤维束或碳纤维束时)，确保空气传播性纤维废料物质(air-borne fibre waste matter)的产生被最小化或被防止，以便在纤维展开机器周围提供安全的环境。
用于展开纤维束的现有技术方法和设备已发现产生了以下这样的展开的纤维束：该展开的纤维束相对于它们的起始宽度展开的宽度不足，相对于它们的起始厚度不够薄，在其展开的宽度上厚度不均一，其展开的宽度上包含间隙和/或包含具有相对降低的物理性能和/或机械性能的长丝纤维。例如，WO2005/002819公开了一种展开纤维束的方法，该方法最多提供束宽度的八倍增加，当多个展开的束被组合时，该宽度相对进一步减小。
因此，本发明的第一非排他性目的是提供用于展开纤维的方法和设备，其至少部分地缓解了上述问题中的一个或更多个。本发明的另外的非排他性目的是提供用于展开纤维的方法和设备，其产生更广范围地展开的纤维和/或更均匀地展开的纤维。
因此，本发明的第一方面提供了展开纤维的方法，该方法包括提供具有宽度Wa的连续纤维束，并且使纤维束在运行方向上运行经过或穿过张紧装置，该张紧装置被布置成间歇地增加纤维束中的张力并且以便引起(或结果上引起)在纤维束中的张力分别下降和上升的同时纤维束运行穿过流体流动装置，例如使得接近和远离流体流动装置，由此纤维束的宽度Wb增加。
本发明的第二方面提供了用于展开纤维的设备，该设备包括上游的张紧装置和下游的流体流动装置，该张紧装置被布置成间歇地增加和减少运行穿过该张紧装置的连续纤维束中的张力，并使得所述纤维束接近和远离所述流体流动装置，从而增加纤维束的宽度。
使得纤维束接近和远离流体流动装置可以包括产生穿过纤维束的可变流体流。
本发明的进一步的方面提供了展开纤维的方法，该方法包括提供具有初始宽度Wa的连续纤维束，并且使纤维束在运行方向上运行穿过张紧装置并运行经过或穿过流体流动装置，张紧装置间歇地改变纤维束中的张力并且在纤维束中的张力变化的同时所述流体流动装置产生穿过纤维束的可变流体流，由此纤维束的宽度增加到展开宽度Wb。
最优选地，流体流动装置位于张紧装置的下游(例如，部分或全部地位于张紧装置的下游)。
纤维束可以被促使运行穿过所述流体流动装置，并且可以被约束在限定流体流动装置的壳体内。
本发明的又进一步方面提供了用于展开纤维的设备，该设备包括张紧装置和在张紧装置下游的流体流动装置，张紧装置被布置成间歇地增加运行穿过该张紧装置的连续纤维束中的张力，流体流动装置被布置成在运行穿过该流体流动装置的所述束中张力变化的同时产生穿过纤维束的可变流体流，从而将纤维束的宽度从初始宽度Wa增加到展开宽度Wb。
展开宽度Wb可以与初始宽度Wa具有大于5:1的比率，该比率例如在约6:1和20:1之间，例如在约6:1和15:1之间，如在约6:1和12:1之间，例如在约6:1和12:1之间，优选地在约8:1和12:1之间。
使纤维束运行可以包括使纤维束例如从分配器或供应线轴(supply bobbin)和/或分配系统或放卷系统(pay-out system)中被分配或拉出(haul-off)。纤维束可以从分配器或供应线轴和/或分配系统或放卷系统来供应或可供应的。分配器或供应线轴和/或分配系统或放卷系统可以被驱动，例如被旋转地驱动。分配器或供应线轴和/或分配系统或放卷系统可以被配置成引起或允许纤维束在运行方向上运行穿过该设备。
纤维束优选地包括多个连续的长丝纤维。纤维束可以包括碳纤维和/或玻璃纤维和/或陶瓷纤维和/或芳族聚酰胺纤维和/或任何其它合适的纤维。每个单独的长丝纤维可以具有诸如以下的直径：该直径可以在约2μm(2X10-6m)和50μm之间，如在约4μm和30μm之间，如在约5μm和25μm之间。纤维束可以包括在约100个和50,000个之间的长丝纤维，如在约500个和50,000个之间的长丝纤维，例如在约1,000个和50,000个之间的长丝纤维。纤维束可以包括粘合剂或粘合剂树脂，例如被配置成将其中的长丝纤维粘合在一起的粘合剂或粘合剂树脂。粘合剂或粘合剂树脂可以包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂或酚醛树脂或任何其它合适的材料。例如，具有12,000个、7μm直径纤维的纤维束将具有84mm的理论上的“单层”宽度。
纤维束可以具有平均初始厚度Ta(例如，正交于其初始宽度Wa)。展开的纤维束可以具有平均展开厚度Tb(例如，正交于其展开宽度Wb)。纤维束的平均展开厚度Tb可以与单独的长丝纤维的直径具有在约4:1和1:1之间，例如在约3:1和1:1之间，例如在约2:1和1:1之间，如在约1.5和1:1之间的比率。
张紧装置可以在纤维束的运行方向上位移，例如至少部分地位移。张紧装置可以布置成在使用中在运行穿过该张紧装置的纤维束的运行方向上位移。张紧装置可以包括张力释放系统。优选地，张紧装置包括一个或更多个移动元件或可移动元件，例如被配置成使纤维束移动并从而间歇地增加和减少其中的张力的一个或更多个移动元件或可移动元件。一个或更多个移动元件或可移动元件可以被配置成或可以可配置成接触纤维束，例如，从而间歇地将纤维束朝向增大的张力和/或减小的张力偏置(bias)。一个或更多个移动元件或可移动元件可以优选地是旋转的或可旋转的。
一个或更多个移动元件或可移动元件可以包括一个或更多个张紧辊(tensioningroller)。一个或更多个张紧辊可以是移动的或可移动的，以便间歇地增大和减小纤维束中的张力。一个或更多个张紧辊中的至少一个可以是移动的或可移动的，以便间歇地接触纤维束。一个或更多个张紧辊可以是移动的或可移动的，使得穿过张紧装置的纤维束路径长度，例如在张紧装置中的张紧辊之间，间歇地增加和减小。该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊可以围绕它的中心轴线或它们的多个中心轴线旋转或是可旋转的。
最优选地，存在多于一个张紧辊。张紧辊中的一些或全部可以是移动的或可移动的，以便间歇地接触纤维束。在提供有多于一个张紧辊的情况下，所述张紧辊中的一些或全部可以是移动的或可移动的，使得最下游的张紧辊和最上游的张紧辊之间的纤维束路径长度间歇地增加和减小。
该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊可以包括接触表面，例如用于接触纤维束的接触表面。接触表面可以是光滑的，例如基本上光滑的。另外或可选择地，接触表面可以是粗糙的和/或可以包括多个突出部。接触表面可以是圆柱形或可以具有凸出(entasis)或鼓出(entosis)形状。
张紧装置还可以包括一个或更多个张紧架(tensioning creel)或张紧毂(tensioning hub)。该张紧架或张紧毂或者每个张紧架或张紧毂可以包括张紧辊(在提供的情况下)中的一个或更多个。该张紧架或张紧毂、一个张紧架或张紧毂、一些张紧架或张紧毂或每个张紧架或张紧毂可以围绕中心轴线，例如围绕它的中心轴线或它们的多个中心轴线旋转或是可旋转的。
该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊可以围绕一个或更多个张紧架或张紧毂的中心轴线或多个中心轴线或者该中心轴线或该多个中心轴线移动或可移动(例如，可以旋转或是可旋转的)。该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊可以围绕一个或更多个张紧架或张紧毂的中心轴线或多个中心轴线或者该中心轴线或该多个中心轴线自由地移动或是可移动的(例如，可以自由地旋转或是可旋转的)。该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊可以被驱动或是可驱动的以围绕一个或更多个张紧架或张紧毂的中心轴线或多个中心轴线或者该中心轴线或该多个中心轴线移动(例如，旋转)。
该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊的中心轴线可以与张紧架或张紧毂的中心轴线或多个中心轴线或者该中心轴线或该多个中心轴线间隔开。该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊的中心轴线或多个中心轴线可以与该张紧架、一个张紧架、一些张紧架或每个张紧架的中心轴线或多个中心轴线间隔开。优选地，提供多于一个张紧架或张紧毂。在提供多于一个张紧架或张紧毂的情况下，张紧架或张紧毂中的一个、一些或全部可以包括一个或更多个张紧辊。在该张紧架或张紧毂、一个张紧架或张紧毂、一些张紧架或张紧毂或每个张紧架或张紧毂包括多于一个张紧辊的情况下，张紧辊的中心轴线中的一些或每个可以与架或毂的中心轴线或多个中心轴线间隔开类似或不同的距离。
该张紧架或张紧毂、一个张紧架或张紧毂、一些张紧架或张紧毂或每个张紧架或张紧毂可以包括第一张紧辊和第二张紧辊，例如，可以围绕它们的中心轴自由旋转或可旋转的第一张紧辊和第二张紧辊。第一张紧辊(例如第一张紧辊的中心轴线)距该张紧架或张紧毂或每个张紧架或张紧毂的旋转轴的间隔可以与第二张紧辊(例如第二张紧辊的中心轴线)距该张紧架或张紧毂或每个张紧架或张紧毂的中心轴线的间隔具有相似或不同的距离。该张紧架或张紧毂或每个张紧架或张紧毂的中心轴可以位于由第一张紧辊和第二张紧辊的中心轴限定的平面内。可选择地，该张紧架或张紧毂或每个张紧架或张紧毂的中心轴线可以位于由第一张紧辊和第二张紧辊的中心轴限定的平面外。
在提供多于一个张紧架或张紧毂的情况下，每个张紧架或张紧毂可以相对于纤维束的运行方向在相同的方向上旋转或是可旋转的。可选择地，一个或更多个张紧架或张紧毂可以相对于纤维束的运行方向在与一个或更多个其它张紧架或张紧毂不同的方向上旋转或是可旋转的。
张紧装置和/或张紧设备还可以包括例如被配置成卷绕或收集展开的纤维束的卷绕盘(take up reel)或收集盘(collection reel)或退出盘(haul-off reel)。卷绕盘或收集盘或退出盘可以被驱动，例如被旋转驱动。优选地，卷绕盘或收集盘或退出盘被配置成引起纤维束在运行方向上运行穿过该设备，例如穿过张紧装置和/或流体流动装置。
流体流动装置可以被配置成或是可配置成间歇地弯曲纤维束(例如在流体流动装置中或流体流动装置处)，例如从而来展开纤维束。流体流动装置可以限定流动路径，在纤维束在运行方向上位移的同时，纤维束在该流动路径的方向上往复移动。通过改变所述纤维束内的张力，可以引起或允许纤维束在流动路径内移动，例如往复移动。流体流的压力和/或速度可以沿着流动路径变化。纤维束中张力的减小(例如经由张紧装置的作用)可以引起或允许纤维束移动到流动路径内的较小压力和/或较大速度的流体流，或朝向流动路径内的较小压力和/或较大速度的流体流移动。纤维束中张力的增加(例如经由张紧装置的作用)可以引起或允许纤维束移动到流动路径内的较大压力和/或较小速度的流体流，或朝向流动路径内的较大压力和/或较小速度的流体流移动。张紧装置可以被布置成引起或允许纤维束在由流体流动装置限定的该流动路径内或在由流体流动装置限定的流动路径内移动，例如往复移动。张紧装置可以被布置成引起或允许纤维束往复地移动到流体流的具有相对较大速度和/或相对较小压力的区域中或从流体流的具有相对较大速度和/或相对较小压力的区域移动出。通过使用保持构件，纤维束的增加的宽度可以在流动路径内被保持或维持。
流体流动装置可以包括主动区(active zone)和被动区(passive zone)，例如，其中，靠近主动区引起纤维束的宽度展开。张紧装置可以布置成引起或允许纤维束，例如纤维束的一部分，从被动区移动到主动区或朝向主动区移动。张紧装置可以布置成引起或允许纤维束，例如纤维束的一部分，从主动区移动到被动区或朝向被动区移动。张紧装置可以布置成引起或允许纤维束从主动区移动到被动区或朝向被动区移动，并再次返回，例如重复移动。
流体流动装置和/或张紧装置可以包括保持构件，例如，可以被配置成保持或维持(例如，基本上保持或维持)纤维束的展开宽度的保持构件。
优选地，流体流动装置包括壳体。在实施方案中，保持构件位于壳体内。保持构件可以能够在壳体内往复运动，例如在正交于纤维束的运行方向的方向上往复运动。保持构件可以自由移动或可以被驱动。当纤维束在运行方向上运行时，保持构件可以将纤维束保持在壳体内。
流体流可以包括空气、水和/或任何其它合适的流体或流体的组合。流体流可以由负压或正压驱动。优选地，流体流由负压驱动。流体流可以在被动区中具有比主动区中更低的压力。流体流可以在主动区中具有比在被动区中更大的速度。
流体流动装置可以包括流体流动路径，例如正交于或基本上正交于纤维束的运行方向的流体流动路径。可选择地，流体流动路径可以限定相对于纤维束的运行方向的锐角。流体流动装置可以包括壳体，例如包括与流体出口流体连通的流体入口的壳体。流体流动路径可以穿过壳体，例如穿过流体入口到达和/或穿过流体出口。壳体可以包括被动区和/或主动区(在提供的情况下)。被动区可以比主动区相对更靠近流体入口。主动区可以比被动区相对更靠近流体出口。壳体还可以包括开口或开口端和盖，例如被配置成在壳体上提供部分密封的盖。盖可以被配置成覆盖壳体的开口或开口端的约50％和90％之间，如约50％和80％之间，例如约50％和70％之间。流体流动装置或壳体可以例如在流体入口和流体出口之间包括渐缩部(taper)或变窄部(narrowing)。在提供的情况下，主动区可以至少部分地位于渐缩部或变窄部内。在提供的情况下，被动区可以完全位于渐缩部或变窄部的外部。被动区可以位于例如至少部分地位于渐缩部或变窄部的内部。在主动区和被动区两者都位于例如至少部分地位于渐缩部或变窄部内的情况下，主动区可以位于渐缩部或变窄部的比被动区相对较窄或较不宽的部分内。
流体流动装置可以包括两个侧壁和两个端壁。侧壁彼此相对并且可以基本上平行。端壁也彼此相对并且可以基本上平行。每个端壁包括内表面。在实施方案中，端壁中的一个或两者可以线性地(即直线的)渐缩，或者包括弯曲的内表面(即曲线的)，弯曲的内表面是凹的。弯曲的内表面可以朝向流体流出口渐缩。在实施方案中，包括弯曲的内表面的端壁可以与基本上竖直的端壁相对。流动路径由流体流动装置限定，流体流动装置的形状决定了在流动路径中任何给定点处的流体流的压力和/或速度。端壁的弯曲的内表面提供了流体流入口与流体流出口的尺寸的有利比率。因此，流动路径中的流体流朝向流体流出口具有相对较小的压力和较大的速度，并且流动路径中的流体流朝向流体流入口具有相对较大的压力和较小的速度。在流体流入口和流体流出口之间的流动路径中之间存在压力的负梯度和速度的正梯度。因此，由于通过张紧装置改变纤维束中的张力而将纤维束的一部分朝向流体流出口的移动使纤维束的该部分移动至流动路径中的具有相对较大速度和/或较小压力的流体流中。有利地，当张紧装置改变纤维束中的张力时，这种穿过纤维束的可变的流体流在纤维束中产生使优化的展开宽度Wb。在实施方案中，该横截面积可以减少超过50％、60％或70％，例如从50％到90％，例如从60％到85％。
流体流动装置可以位于卷绕盘或收集盘或退出盘(在提供的情况下)附近。在流体流动装置包括壳体的情况下，壳体还可以包括端壁，该端壁被配置成能够将壳体紧密定位到卷绕盘或收集盘或退出盘。端壁可以包括弯曲的外表面，至少部分地，例如，其中该弯曲被配置成与卷绕盘或收集盘或退出盘的弯曲的外表面配合。
在该方法和/或设备中，纤维束可以被促使运行穿过所述流体流动装置并且可以被约束在限定流体流动装置的壳体内。在优选实施方案中，壳体包括保持器，纤维束在该保持器下运行，该保持器优选地起作用以确保当纤维束在运行方向上位移时纤维束保持在壳体的约束内。在实施方案中，保持器随着张力的增大和减小而上升和下降。在实施方案中，随着张力减小，纤维束移动到壳体中，随着张力增大，纤维束移动远离壳体或在远离壳体的方向上移动。
为了避免疑问，本文中描述的任何特征同样适用于本发明的任何方面。另外，该方法可以包括为了利用对所述设备描述的特征所必需的任何动作或步骤。
本发明的进一步的方面提供了展开纤维的方法，该方法包括提供具有初始宽度Wa的连续纤维束，并且引起纤维束在运行方向上运行穿过张紧装置和接触装置，张紧装置间歇地改变纤维束中的张力并且接触装置包括被布置成接触纤维束的微纤维织物(microfibre fabric)，由此纤维束的宽度增加到展开宽度Wb。
本发明的又进一步的方面提供了用于展开纤维的设备，该设备包括张紧装置和接触装置，张紧装置被布置成间歇地改变运行穿过该张紧装置的连续纤维束中的张力，并且接触装置包括被布置成接触纤维束的微纤维织物，从而将纤维束的宽度从初始宽度Wa增加到展开宽度Wb。
在张紧装置包括一个或更多个张紧辊的情况下，微纤维织物可以位于一个或更多个张紧辊中的张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊上和/或其周围，例如位于该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊的外表面上和/或其外表面周围。
微纤维织物可以包括主体，该主体具有从其突出的多个突出纤维，例如基本上与其正交的多个突出纤维。突出纤维可以是大致钩状的，例如可以在它们的自由端或朝向它们的自由端包括弯曲部分。微纤维织物可以包括多束突出纤维。微纤维织物可以包括绒毛，例如突出纤维可以在相似的方向上取向(例如每个突出纤维的弯曲部分可以在相似的方向上取向)。微纤维织物可以包括在与纤维束的运行方向相反，例如基本上相反的方向上布置的绒毛。微纤维织物可以在例如该张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊上和/或周围(在提供的情况下)被取向，使得微纤维织物的绒毛(或其一部分)面向与纤维束的运行方向相反例如基本上相反的方向。
该设备和/或张紧装置还可以包括粘合剂破碎装置，该粘合剂破碎装置被配置成破碎或松散纤维束中和/或纤维束上的粘合剂(在提供所述粘合剂的情况下)。粘合剂破碎装置可以限定曲折通路，纤维束穿过该曲折通路运行或被配置成穿过该曲折通路运行。曲折通路可以包括一系列张紧辊，例如，可以围绕其旋转轴自由旋转的张紧辊。粘合剂破碎装置还可以包括取向元件或导向元件，例如限定取向通道或导向通道的取向元件或导向元件。取向通道或导向通道可以被定位和/或取向，以便(至少部分地)限定从供应线轴和/或放卷系统(在提供的情况下)供应的纤维束的运行方向。
该设备和/或张紧装置还可以包括张紧器，该张紧器例如在粘合剂破碎装置(在提供的情况下)的下游和/或在一个或更多个张紧辊(在提供的情况下)的上游。张紧器可以被配置成偏置(例如可回弹地偏置)纤维束，例如朝向与其运行方向大致正交的方向偏置。
可以在纤维束运行穿过张紧装置之后限制纤维束宽度。该设备还可以包括聚拢器(accumulator)，该聚拢器例如位于张紧装置的下游和/或卷绕盘或收集盘或退出盘(在提供的情况下)的上游。聚拢器可以被配置成或是可配置成限制或减小或收拢纤维束的宽度，例如当纤维束运行穿过其中时。聚拢器可以包括第一收缩部，例如，纤维束被配置成运行穿过的第一收缩部。第一收缩部可以被配置成或是可配置成限制或减小或收拢纤维束的宽度，例如当纤维束运行穿过其中时。聚拢器还可以包括第二收缩部，例如被配置成进一步限制或减小或收拢纤维束的宽度的第二收缩部，例如当纤维束运行穿过其中时。第一收缩部可以与第二收缩部间隔开，例如沿着纤维束的运行方向间隔开。聚拢器可以在第一收缩部和第二收缩部之间包括张紧销(tensioning pin)或张紧臂(tensioning arm)，例如，其中张紧臂可以被配置成或是可配置成维持(例如，基本上维持)或保持纤维束中的张力(例如，由张紧装置产生的张力)。
该设备还可以包括测量装置，该测量装置例如在张紧装置的下游和/或流体流动装置的下游和/或在接触装置(在提供的情况下)的下游。测量装置可以被配置成测量纤维束，例如测量纤维束的一个或更多个参数。该一个或更多个参数可以包括纤维束的宽度和厚度。测量装置可以包括一个或更多个测量标尺(measurement scale)。测量装置可以包括多个测量设备。测量设备中的至少一个可以邻近纤维束和/或横向于纤维束的运行方向设置。
本发明的进一步的方面提供了通过上述方法或设备展开的展开的纤维束。
本发明的进一步的方面提供了片材，该片材包括通过上述方法或设备展开的一个或更多个展开的纤维束。片材还可以包括粘合基质，例如粘合树脂。
在本申请的范围内，明确地设想，在前面段落中、在权利要求中和/或在下面的描述和附图中阐述的各个方面、实施方案、实例和替代方案，并且特别是其单独的特征，可以独立地或以任何组合获得。关于本发明的一个方面或一个实施方案描述的特征可适用于所有的方面或实施方案，除非这样的特征不相容。例如，微纤维织物可以在其中提供流体流动装置的设备/方法中使用。
现在将参考附图仅以实例的方式描述本发明的实施方案，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方案的设备的侧视图；
图2是图1的设备的平面图；
图3是处于第一状态的图1的设备的部件的侧视图；
图4是沿图2中的由A-A表示的平面截取的截面侧视图；
图5是图4中所示设备的部件的平面图；
图6是图4中所示的设备的部件的透视图；
图7是处于第二状态的图1的设备的部件的侧视图；
图8是根据本发明的辊在架上的各种布置的侧视图；
图9是根据本发明的第二实施方案的设备的侧视图；
图10是图7的设备的平面图；
图11是沿图9中的由B-B所示的平面截取的截面侧视图；
图12是图10中所示的部件的端视图；以及
图13是从区域C截取的图8的局部剖视图；
图14是图8中所示的微纤维织物的SEM显微照片；
图15是在微纤维织物上运行的纤维束的照片；并且
图16是纤维展开的结果的图表。
现在参照图1和图2，示出了根据本发明第一实施方案的用于展开纤维的设备1，该设备1包括用于供应连续的纤维束2的线轴20、张紧设备3和流体流动设备4。
在实施方案中，纤维束2包括由粘合试剂保持在一起的多个连续的碳纤维。纤维束2从供应线轴20供应，并穿过设备1运行到达卷绕盘5，如将在下文进一步描述的。
张紧设备3包括第一张紧架、第二张紧架和第三张紧架30a、30b、30c，每个张紧架包括第一张紧辊和第二张紧辊31a、31b。张紧设备3还包括位于张紧架30a、30b、30c上游的阻尼机构32，阻尼机构32包括一对可自由旋转的阻尼辊32a、32b。穿过供应线轴20的旋转轴、穿过每个张紧架30a、30b、30c的旋转轴、穿过每个张紧辊31a、31b的旋转轴、穿过阻尼辊32a、32b的旋转轴以及穿过卷绕盘5的旋转轴彼此平行，并从而与纤维束2的运行方向R正交，这些旋转轴由“+”表示。
第一张紧架、第二张紧架和第三张紧架30a、30b、30c各自连接到马达(未示出)，马达可操作以独立地驱动每个张紧架30a、30b、30c的旋转。每个张紧架30a、30b、30c的第一张紧辊和第二张紧辊31a、31b是可自由旋转的，并且不被驱动。第三张紧架30c在第一张紧架30a的下游，其中第二张紧架30b位于第三张紧架30c和第一张紧架30a之间(在运行方向R上)。
现在参照图3，示出了图1中所示的设备1的张紧架30a、30b、30c的视图。张紧辊31a、31b由乙缩醛形成且具有光滑的主圆周表面，是圆柱形的并且各自具有直径“d”。第二张紧架30b的旋转轴线从由第一张紧架和第三张紧架30a、30c的旋转轴限定的平面‘P’偏置距离‘a’。第一张紧架30a的旋转轴与第三张紧架30c的旋转轴间隔距离‘b’。第二张紧架30b的旋转轴线位于第一张紧架和第三张紧架30a、30c的旋转轴之间相等的距离处。第一张紧辊和第二张紧辊31a、31b朝向第一张紧架30a的周边定位。第一张紧辊和第二张紧辊31a、31b的旋转轴位于第一张紧架30a中，使得第一张紧架30a的旋转轴线位于由第一张紧辊和第二张紧辊31a、31b的旋转轴限定的平面中。第一张紧辊和第二张紧辊31a、31b的旋转轴各自与第一张紧架30a的旋转轴线间隔开距离‘c’。尽管仅描述了第一张紧辊和第二张紧辊31a、31b在第一张紧架30a上的布置，但是将理解的是，第一张紧辊和第二张紧辊31a、31b在第二张紧架和第三张紧架30b、30c上被类似地布置，因此在此将不进一步描述。
可以选择上述尺寸a、b、c和/或d，以便适合待处理的特定类型的纤维束2。不希望受任何特定理论的束缚，认为增加纤维束2和张紧辊31a、31b之间的任何两个接触点之间的距离会改变纤维束2的展开量。此外，增加纤维束2和张紧辊31a、31b的接触点之间的距离超过阈值可导致纤维束2的展开的长丝聚结回到一起，例如解展(de-spread)。尺寸a、b、c和/或d可以例如至少部分地基于待处理的纤维束2的轮廓(例如横截面轮廓)和/或粘合剂含量和/或所述纤维束2内的长丝数量和/或直径来选择。
现在参照图4、图5和图6，示出了图1和图2中所示的流体流动设备4的各种视图。流体流动设备4包括壳体40，壳体40包括基部41、侧壁42、端壁43和盖44。端壁43中的一个具有弯曲的外表面43a，使得流体流动设备4可以紧靠近卷绕盘5定位。穿过壳体40的基部41的流体流出口45流体地连接到真空源(未示出)。流体流动设备4还包括保持棒(retentionbaton)或保持构件46，保持棒或保持构件46在其两端装配到在壳体40的侧壁42的面对的部分中的相对的竖直槽47中。保持棒或保持构件46在槽47内自由地朝向和远离流体流出口45移动(在本实施方案中为竖直地移动)。
壳体40具有敞开的顶部，盖44被配置成部分地覆盖该顶部并提供抵靠该顶部的部分密封，从而提供流体流入口48。流体流入口48与流体流出口45流体连通，从而限定流体流动路径F。流体流的压力和速度沿着流动路径F变化，朝向流体流出口45具有相对较低的压力和较大的速度。盖44是基本上平坦的，并且在平面图中包括大致矩形的形状，该大致矩形的形状具有从其一边突出的两个三角形翼部。盖44被配置成当纤维束2在壳体40的侧壁42和盖44之间运行时，允许纤维束2基本上自由地且不受阻碍地通过。端壁43的内表面43b朝向流体流出口45渐缩(如图6中所示)。方便地，端壁43的内表面43b可以从入口48到出口45弯曲，或者端壁43的内表面43b可以线性地渐缩。在任何情况下，孔的横截面积在流体流动路径的方向上从壳体进口48减小。在实施方案中，该横截面积可以减少超过50％、60％或70％，例如从50％到90％，例如从60％到85％。
卷绕盘5是圆柱形的，并且连接到马达(未示出)，该马达可操作以驱动卷绕盘5的旋转。尽管在图1和图2中，流体流动设备4被示出为与卷绕盘5间隔开，但是应当理解，提供该间隔是为了更清楚地示出设备1，并且在实践中，流体流动设备4可以直接邻近卷绕盘5定位(例如，在与卷绕盘5最小距离处)。
设备1通过以下来准备使用：使纤维束2的自由端在阻尼机构32的阻尼辊32a、32b之间、在第一张紧架30a上、在第二张紧架30b下、在第三张紧架30c上、进入流体流动设备4的壳体40中、在保持棒或保持构件46下、离开流体流动设备4的壳体40从而供给到卷绕盘5上，纤维束2的自由端附接到该卷绕盘5。
在使用中，纤维束2经由卷绕盘5的马达驱动的旋转在运行方向R上被牵引穿过设备1，而同时纤维束2从供应线轴20经由线轴20的马达(未示出)驱动的旋转被供应。流体流动设备4连接到真空源(未示出)，并且第三张紧架30c通过马达(未示出)沿顺时针方向(如图1中由箭头所示)旋转。以此方式，在纤维束2和第三张紧架30c的张紧辊31a、31b之间的接触点处，第三张紧架30c在纤维束2的运行方向R上旋转。
当纤维束2被牵引穿过设备1时，由于在纤维束2和张紧辊31a、31b的外表面之间的摩擦力，引起第一张紧架和第二张紧架30a、30b以及所有张紧架30a、30b、30c的张紧辊31a、31b旋转。可选择地，第一张紧架和/或第二张紧架30a、30b可以由马达(未示出)旋转，例如，其中第一张紧架30a与第三张紧架30c在相同的方向上旋转，和/或第二张紧架30b在相反的方向上旋转。不希望受任何特定理论的束缚，认为具有相对较高百分比的粘合试剂和/或具有被配置成将长丝纤维相对更牢固地粘合在一起的粘合剂类型的纤维束2在不是仅仅通过第三张紧架30c被驱动旋转时可以更有效地被展开。
现在参照图7，示出了类似于图3的视图，其示出了设备1的张紧架30a、30b、30c。在图7中，每个张紧架30a、30b、30c相对于其在图3中所示的取向围绕它们的旋转轴旋转了90度。因此，每个张紧架30a、30b、30c的张紧辊31a、31b的旋转轴也被移动，在这种情况下，使得第一张紧架30a上的第一张紧辊31a的旋转轴线到第二张紧架30b上的第二张紧辊31b的旋转轴线之间的距离e相对减小。另外，第二张紧架30b上的第二张紧辊31b的旋转轴线和第三张紧架30c上的第一张紧辊31a的旋转轴线之间的距离f相对减小。
相对于图3中所示的张紧辊31a、31b的取向，在图3中所示的张紧辊31a、31b的取向中，穿过张紧设备3的纤维束2路径长度减小。因此，当张紧辊31a、31b的取向朝向图3中所示的取向移动时，纤维束2中的张力相对增加。当张紧辊31a、31b的取向朝向图6中所示的取向移动时，纤维束2中的张力相对减小。
本领域技术人员应理解，尽管在图3和7中仅示出了张紧辊31a、31b的两个取向，但是在使用中，随着每个张紧架30a、30b、30c旋转，张紧辊31a、31b将经过一系列连续变化的取向。此外，图3和图7中所示的张紧辊31a、31b的取向仅用于说明目的，并且应当理解，在实践中，张紧辊31a、31b实际上可以不经过在图3和图7中所示的特定取向。甚至进一步地，应理解，张紧架30a、30b、30c可以不都以相同的角速度旋转，并且因此，尽管图7中所示的张紧架30a、30b、30c被描述为相对于图3中所示的取向旋转了相同的角度(即90度)，但这仅仅是为了说明的目的。实际上，在使用中，一旦设备1进入平衡状态时，张紧架30a、30b、30c中的一些可以根本不旋转。例如，在张紧架30a和/或30b不由马达驱动的情况下，当设备处于平衡时，所述张紧架30a、30b中的一个或两者可以不旋转。
通过上述张紧架30a、30b、30c的旋转，引起了纤维束2中的张力间歇地增大和减小。此外，张紧辊31a、31b在纤维束2的运行方向R上位移，例如使得张紧辊同时既承载纤维束又张紧纤维束。有利地，已经发现，设置有在纤维束2的运行方向R上位移的张紧装置(例如张紧辊31a、31b)的设备至少部分地减轻了对所述纤维束2内的长丝纤维的损坏。此外，与其中张紧装置不在纤维束2的运行方向R上位移的系统相比，提供在纤维束2的运行方向R上位移的这样的张紧装置对在纤维束2中产生的张力的变化提供了更大程度的控制。
阻尼机构32防止纤维束2被朝向供应线轴20拉回到上游，同时还至少部分地减轻由纤维束2中产生的间歇增大和减小的张力而在纤维束2中产生的任何振动。阻尼机构32还充当纤维束2的取向导向件(orienting guide)，引导其朝向张紧架30a、30b、30c。
纤维束2从第三张紧架30c向下游运行到流体流动设备4。当纤维束2中的张力相对减小时，纤维束2的在流体流动设备4内的部分被致使或允许移动到流动路径F内的具有较小压力和较大速度的流体流，或朝向流动路径F内的具有较小压力和较大速度的流体流移动，例如由于通过其中的气流的影响和/或由于对纤维束2作用的保持棒或保持构件46的质量导致。因此，保持棒或保持构件46与纤维束2一致地、在槽47内、朝向流体流出口45自由地移动。纤维束的在流体流动设备4内展开的那部分通过流过其中和抵靠其流动的空气的作用而展开，例如进一步展开。
当纤维束2中的张力经由张紧设备3被相对增加时，纤维束2的在流体流动设备4内的部分被致使移动到流动路径F内的具有较大压力和较小速度的流体流，或朝向流动路径F内的具有较大压力和较小速度的流体流移动，例如经由纤维束2内相对增加的张力被拉动。保持棒或保持构件46在其槽47内与纤维束2一致地被朝向盖44拉动。不希望受任何特定理论的束缚，认为在保持棒或保持构件46的表面和纤维束2之间的摩擦力基本上将纤维束2保持在其进一步展开的宽度上(例如，相对于在纤维束2在流体流动设备4中进一步展开之前纤维束2的宽度处于更大的宽度)。此外，保持棒或保持构件46提供了光滑的表面，纤维束2抵靠该表面和/或在该表面下方运行和/或张紧。此外，经由抵靠保持棒或保持构件46的枢转，当纤维束2处于张力增加的状态(经由张紧设备)时，纤维束2可以基本上不碰到盖44。因此，保持棒或保持构件46可以被认为是流体流动设备4和张紧设备3中的任一个或两者的一部分。
如此展开的纤维束2然后离开流体流动设备4，并被收集在卷绕盘5上，卷绕盘5在一些情况下具有位于连续的展开纤维层之间的由纸形成的连续释放片材(未示出)。
不希望受任何特定理论的束缚，认为流体流动设备4内存在压差，这可能是由壳体40的形状和/或流体流入口48与流体流出口45的尺寸比引起的。因此，在流动路径F中的空气流朝向流体流出口45具有相对较小的压力。因此，在流体流动设备4内在流体路径F中的空气流的速度朝向流体流出口45相对较大。因此，朝向流体流出口45移动纤维束2的一部分使纤维束2的该部分移动到流动路径F中的具有相对较大速度的空气流中。这种空气流有利地起到弯曲长丝纤维的作用，在通过所述长丝纤维之间之前，空气流对该长丝纤维作用。空气流穿过纤维束2起到在长丝纤维之间产生间隙的作用，从而使单独的长丝纤维垂直于其长度(例如横向地)移动，并因此展开纤维束2。流体流动设备4的使用有利地最小化了空气传播性纤维束2废料物质的产生，因为这样的物质替代地被牵引穿过流体流动设备4。
测试结果
使用上述设备1和方法展开多个纤维束2，每个纤维束包括各自具有7μm的直径由粘合剂粘合的12,000个连续的长丝碳纤维。
纤维束2具有7mm的初始宽度Wa，在运行穿过张紧设备之后被展开到25mm的中间宽度Wi，然后，在运行穿过流体流动设备并且被收集在卷绕盘5上之后被展开到70mm的最终展开宽度Wb。展开宽度Wb与初始宽度Wa具有10:1的比率。纤维束2具有8.4μm的平均展开厚度Tb，平均展开厚度Tb与单独的长丝纤维的直径具有1.2:1的比率，这表明这种简单的设备能够实现接近于单层的展开。
已经发现在张紧设备3的下游提供流体流动设备4是特别有益的。通过使纤维束2在流体流动设备4之前运行穿过张紧设备3，所述纤维束2在进入流体流动设备4之前被至少部分地展开。不希望受任何特定理论的束缚，认为纤维束2中的粘合剂通过穿过张紧设备3而被至少部分地破碎和/或移除。因此，当纤维束2运行穿过流体流动设备4时，纤维束2被更有效地展开，并因此展开至更大的宽度(相对于粘合剂先前没有被至少部分地破碎和/或移除的情况)。此外，认为通过在纤维束2运行穿过流体流动设备4之前至少部分地预展开纤维束2，增强了其效果。
现在参照图8，示出了张紧架30上的张紧辊31的各种合适的布置，其中一个、两个、三个、四个、五个或六个张紧辊31设置在每个张紧架30上。本领域技术人员应理解，提供这些布置仅仅是为了说明的目的，并且张紧辊31在架30上的数目和/或定位可以不同于所示的布置。
现在参照图9和图10，示出了根据本发明第二实施方案的用于展开纤维的设备11，其中相似的标号(通过前面加‘1’表示)描述了相似的特征，相似的特征在这里将不再描述。设备与图1和图2中所示的设备的不同之处在于，它包括接触元件6和聚拢器7，但不包括流体流动设备。
纤维束12包括由粘合剂树脂保持在一起的多个连续的玻璃纤维。
张紧设备13与图1和图2中所示的实施方案的张紧设备3的不同之处在于，张紧设备13不包括流体流动设备4。此外，设备11还包括粘合剂破碎器33和张紧器34。
图11和图12中所示的粘合剂破碎器33包括一系列张紧滚子33a，张紧滚子33a在其自由端处附接到壳体33b。张紧滚子33a由铝形成，并涂覆有PTFE以便防止在纤维束12经过其上时对纤维束12的损坏。张紧滚子33a围绕其旋转轴是可自由旋转的，并且被布置成使得纤维束12在连续的张紧滚子33a的上方和下方遵循曲折的路径。粘合剂破碎器33还包括取向环(orienting loop)33c，该取向环33c具有光滑且圆形的内表面并且位于壳体33b的外表面上。
张紧器34包括连接到弹簧的钩或滚子，该弹簧被配置成使纤维束2在与纤维束2的运行方向R大致正交的方向上偏置。
聚拢器7包括具有从其主表面正交突出的导向件70的梁，其中导向件之间的距离提供已知宽度的收缩部(横向于纤维束2的运行方向R)。
聚拢器7位于张紧设备13的下游和卷绕盘15的上游。张紧器34位于张紧架130a、130b、130c的上游和供应线轴120的下游。粘合剂破碎器33位于张紧器34的上游和供应线轴120的下游。
接触元件6包括微纤维织物60。微纤维织物60位于张紧辊131a、131b中的每个的外表面上和其周围。在实施方案中，辊131a、131b(为支撑在架130a、130b、130c中的每个上的那些辊)中的每个设置有微纤维织物60。在其它的尽管不太优选的实施方案中，在一个或更多个架130a、130b、130c上的辊131a、131b中的至少一些将设置有微纤维织物60。
如图13中所示，微纤维织物60包括许多从微纤维织物60的主表面62大致正交地突出的突出纤维61。突出纤维61大致在类似的方向上取向(在图11中由箭头N示出)，称为微纤维织物的绒毛。微纤维织物60在张紧辊131a、131b中的每个上取向成使得其绒毛面向与纤维束12的运行方向R相反的方向。图14中示出了微纤维织物60的图像，其中突出纤维61从主表面62突出约1mm。在该实施方案中，突出纤维61以多个束的形式分组在一起，然而本领域技术人员应理解，情况不必是这样的。
设备11通过以下来准备使用：将纤维束12的自由端从供应线轴120穿过取向环33c并沿着粘合剂破碎器33的张紧滚子33a之间的曲折路径、返回到供应线轴120周围、并然后在张紧器34的钩或滚子下方、在第一架130a上方、在第二架130b下方、在第三架130c上方、穿过聚拢器7从而供给到卷绕盘15上，纤维束12的自由端附接到该卷绕盘15。
在使用中，纤维束12经由卷绕盘15的马达驱动的旋转在运行方向R上被牵引穿过设备11(如上所述)，而同时纤维束2从供应线轴120经由其马达(未示出)驱动的旋转被供应。所有三个架130a、130b、130c都由马达(未示出)旋转地驱动。第一架和第三架130a、130c在与第二架130b(例如，该第二架130b在逆时针方向上被驱动)不同的(例如顺时针)方向上被驱动。张紧辊131a、131b可以围绕其旋转轴自由地旋转，以上述方式间歇地接触纤维束12。不希望受任何理论的束缚，我们已经发现，特别有利的是，围绕张紧辊131a、131b定位的微纤维织物60在与纤维束12的运行方向R相同的方向上移动，因为这相对减少了对纤维束12内的长丝纤维的损坏(相比于与纤维束12的运行方向R相反的移动)。
如上文关于图1和图2所示的实施方案所描述的，由张紧设备13在纤维束12中产生的间歇地增大和减小的张力展开纤维束12。此外，微纤维织物60的突出纤维61起到进一步展开纤维束12的作用。
纤维束12穿过粘合剂破碎器33有利地破碎(或至少初步破碎)最初将纤维束12的单独的纤维粘合在一起的粘合剂。此外，穿过粘合剂破碎器33提供了对纤维束12的另外的张紧。张紧器34增强和/或维持纤维束12中的张力。张紧器34可以维持纤维束12中的最小水平的张力。不希望受任何特定理论的束缚，认为经由上述机械系统破碎粘合剂(或初步破碎粘合剂)产生了具有长丝纤维的纤维束12，该纤维束12相比于其中粘合剂经由热解被破碎的纤维束12具有改进的(例如，较长程度地降低的)物理性能和/或机械性能。热解后的纤维通常更易碎并且容易破裂。此外，与通过使用对环境有害的溶剂来破碎粘合剂相对比，上述对粘合剂的机械地产生的破碎对环境不产生负面影响。
不希望受任何特定理论的束缚，认为当纤维束12在突出纤维61上运行时，微纤维织物60的突出纤维61压靠在纤维束12上并在某些情况下穿过纤维束12(如图15中所示)。以这种方式，微纤维织物60的突出纤维61有利地分离纤维束12的邻近的纤维，并因此展开，例如进一步展开所述纤维束12。不希望受到任何理论的束缚，我们认为，微纤维织物60的绒毛N在与纤维束12的运行方向R相反的方向上的取向至少部分地增强了微纤维织物60对纤维束12的作用。
可能处于过度展开状态(即展开超过期望的展开水平—例如超过理想的单层)的纤维束12穿过聚拢器7的收缩部，该收缩部将纤维束12导向成减小的或期望的展开宽度Wb。然后，展开的纤维束12被收集在卷绕辊15上，优选地在其下方具有纸释放片材(未示出)。收集器7可以起到减轻相邻玻璃纤维之间的间隙的作用。
测试结果
使用上述的设备11和方法展开玻璃纤维的多个纤维束12，多个纤维束12各自具有24μm的直径，由0.5％w/w的环氧树脂粘合剂粘合。卷绕盘15被驱动以3rpm的角速度旋转，同时第一张紧架、第二张紧架和第三张紧架130a、130b、130c分别被驱动以70rpm、40rpm和80rpm的角速度旋转。
处理多个纤维束12的平均结果显示，纤维束12具有4.09mm的初始宽度Wa并且在运行穿过聚拢器7并被收集在卷绕盘15上之后具有25.54mm的最终展开宽度Wb。该展开宽度与初始宽度具有6.24:1的比率。然而，由于粘合剂的存在和纤维束的物理条件，待展开的束不是理想化的纤维束，在理想化的纤维束中，每个纤维与相邻的纤维紧靠在一起。事实上，每个纤维具有24μm的直径，这导致平均展开厚度Tb与单独的长丝纤维的直径的比率小于2:1，意味着展开的纤维束处于或接近理想化的‘单层’。结果示于图16中。
在比较测试中，在张紧架上没有设置微纤维的情况下，最大纤维展开为约3倍，这清楚地证明了微纤维的效力。
拉伸试验
由上述设备11展开的纤维束12被切割以形成30个各自具有50mm长度的样品。另外，所供应的(即，没有被展开的)纤维束12被切割以形成各自500长度的样品。然后使用具有0.2mm/min的十字头速度的Instron 5566拉伸试验机单独地测试每个样品在室温下的失效。
结果：发现未展开的纤维束12的平均峰值负载是984N，而发现展开的纤维束12的平均峰值负载是878N。因此，展开的纤维束12相对于未展开的纤维束12表现出降低的拉伸强度，并且差值平均是106N或降低12％。因此，发现展开的和未展开的纤维束12之间的拉伸强度差可以忽略不计。不希望受任何特定理论的束缚，认为未展开的纤维束12具有相对较高的拉伸强度，这至少部分是由于未展开的纤维束12内的扭绞和缠结(纤维束12在展开期间被拆开和/或解开)造成的。当未展开的纤维束12的纤维折断时，折断的自由端可能变得缠结在相邻的扭绞的纤维之中，从而至少部分地防止所述折断端从未展开的纤维束12缩回。因此，未展开的纤维束12的折断的股可以继续提供抵抗拉伸负载的部分阻力。相反，展开的纤维束12中的折断的纤维在相邻的纤维之中缠结的可能性大大降低，并且因此折断的纤维可能不提供抵抗拉伸负载的部分阻力。因此，已经发现根据本发明展开纤维束导致具有最小的损坏和降低的机械性能的展开的纤维束12。
如将理解的，上述实施方案中的每个的特征可以结合在用于展开纤维的单个设备内。例如，完全可想象的是，上述特征和/或以下特征中的任何特征可以被包括在本发明的第一实施方案中或与本发明的第一实施方案一起被包括：聚拢器7、接触元件6、粘合剂破碎器33和/或张紧器34。
本领域的技术人员应理解的是，设想对前述实施方案的若干变化而不脱离本发明的范围。例如，尽管已经描述了真空源(例如负压源)，但情况不必是这样，并且流体流动设备4可以另外或可选择地包括一个或更多个正压源。另外地或可选择地，尽管在上述实施方案中流体被描述为空气，但情况不必是这样的，并且另外或可选择地，流体可以是水或任何其它合适的流体。
另外或可选择地，张紧设备3、13可以包括多于三个张紧架30a、30b、30c、130a、130b、130c，例如四个、五个、六个、七个或更多个张紧架。当提供多于三个张紧架时，另外的张紧架中的一些、没有一个或全部可以由马达旋转地驱动。另外或可选择地，张紧架30a、30b、30c、130a、130b、130c中的每个可以仅包括一个张紧辊31a、31b、131a、131b，或者可以包括多于两个张紧辊31a、31b、131a、131b(例如，如图8中所示)。在多于两个张紧辊31a、31b、131a、131b被设置在张紧架30a、30b、30c、130a、130b、130c中的一个、一些或全部上的情况下，张紧辊31a、31b、131a、131b可以围绕每个张紧架30a、30b、30c、130a、130b、130c的旋转轴线以任何合适的取向来布置。另外地或可选择地，张紧辊31a、31b、131a、131b不需要由乙缩醛形成，而是可以替代地由任何合适的物质形成，例如由塑料或金属或者涂覆有塑料或任何其它合适涂层的金属或其它材料形成。
另外或可选择地，尽管流体流动设备4的槽47在上文中被描述为竖直的，但是它们不一定是这样的并且可以替代地具有任何其它合适的取向。另外或可选择地，槽47可以至少在其长度的一个或更多个部分中限定曲线或弧线。另外或可选择地，保持棒或保持构件46可以在槽47内通过偏置装置(例如弹簧)朝向或远离流体流出口45被偏置。另外或可选择地，保持棒或保持构件46可以例如通过致动器在槽47内朝向或远离流体流出口45被驱动或是可驱动的。
另外或可选择地，尽管关于图1和图2中所示的实施方案仅描述了一个流体流动设备4，但情况不必是这样的，而是替代地可以提供任何合适数目的流体流动设备4。此外，在提供多于一个流体流动设备4的情况下，另外的流体流动设备可以在设备1中的相同或相似的位置处设置，或者可以在可选择的位置处定位，例如在张紧设备3的上游。
另外或可选择地，尽管在图8和图9中所示的实施方案中仅示出了一个聚拢器，但情况不必是这样的，而是替代地可以提供任何合适数目的聚拢器，例如2个、3个、4个或更多个。在提供多于一个聚拢器的情况下，设备11还可以包括位于每个聚拢器之间的张紧臂，其中张紧臂可以配置成维持或保持纤维束12中的张力。
另外或可选择地，设备1、11可以包括一个或更多个测量设备，该一个或更多个测量设备可以位于张紧设备的下游和/或流体流动设备(在提供的情况下)的下游或任何合适的位置。测量设备可以被配置成测量纤维束2、12的一个或更多个参数，例如其宽度或厚度。
另外或可选择地，尽管上文关于图1和图2中所示的实施方案描述的纤维束2被描述为包括多个连续的碳纤维，但情况不必是这样的，而是替代地纤维束2可以包括任何合适类型的纤维，例如玻璃纤维、陶瓷纤维、芳族聚酰胺纤维或其任何组合(有或没有碳纤维)。另外或可选择地，尽管上文关于图8和图9中所示的实施方案描述的纤维束12被描述为包括多个连续的玻璃纤维，但情况不必是这样的，而是替代地纤维束2可以包括任何合适类型的纤维，例如碳纤维、陶瓷纤维、芳族聚酰胺纤维或其任何组合(有或没有玻璃纤维)。
本领域技术人员还应理解，上述特征和/或附图中所示特征的任何数目的组合提供了优于现有技术的明显优点，并因此在本文所述的本发明的范围内。

Claims (46)

1.一种展开纤维的方法，所述方法包括提供具有初始宽度Wa的连续的纤维束，并且使所述纤维束在运行方向上运行穿过张紧装置并运行经过或穿过流体流动装置，所述张紧装置间歇地改变所述纤维束中的张力，并且在所述纤维束中的张力变化的同时，所述流体流动装置产生穿过所述纤维束的流体流，由此所述纤维束的宽度增加到展开宽度Wb。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体流动装置位于所述张紧装置的下游。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述流体流动装置限定流体流动路径，并且在所述纤维束在运行方向上位移的同时，引起或允许所述纤维束在所述流体流动路径的方向上往复移动。
4.根据权利要求3所述的方法，包括通过改变所述纤维束内的张力，引起或允许所述纤维束在所述流动路径内往复移动。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述流体流的压力和/或速度沿着所述流体流动路径变化。
6.根据权利要求3、4或5所述的方法，包括降低所述纤维束中的张力，以引起或允许所述纤维束移动到所述流体流动路径内的较小压力和/或较大速度的流体流，或朝向所述流体流动路径内的较小压力和/或较大速度的流体流移动。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，包括增加所述纤维束中的张力，以引起或允许所述纤维束移动到所述流动路径内的较大压力和/或较小速度的流体流，或朝向所述流动路径内的较大压力和/或较小速度的流体流移动。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，包括使用保持构件以在所述流体流动路径内保持或维持所述纤维束的增加的宽度。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，包括通过使所述纤维束在所述保持构件下方或在保持构件下方运行来将所述纤维束保持在限定或提供所述流体流动路径的壳体内。
10.一种展开纤维的方法，所述方法包括提供具有初始宽度Wa的连续的纤维束，并且使所述纤维束在运行方向上运行穿过张紧装置和接触装置，所述张紧装置间歇地改变所述纤维束中的张力并且所述接触装置包括被布置成接触所述纤维束的微纤维织物，由此所述纤维束的宽度增加到展开宽度Wb。
11.根据权利要求10中任一项所述的方法，其中所述微纤维织物包括在与所述纤维束的运行方向相反的方向上布置的绒毛。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，还包括被配置成使所述纤维束中和/或所述纤维束上的粘合剂破碎或松散的粘合剂破碎装置。
13.根据权利要求10、11或12中任一项所述的方法，包括在所述纤维束运行穿过所述张紧装置之后限制所述纤维束宽度。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述纤维束包括玻璃纤维。
15.根据任一前述权利要求所述的方法，包括引起或提供大于5∶1的展开宽度Wb与所述初始宽度Wa的比率，所述比率例如在约6:1和20:1之间，例如在约6:1和15:1之间，如在约6:1和12:1之间，例如在约6:1和12:1之间，优选地在约8:1和12:1之间。
16.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述纤维束包括多个长丝纤维，所述多个长丝纤维各自具有直径，并且所述纤维束包括平均展开厚度Tb，所述方法包括引起或提供所述平均展开厚度Tb与单独的长丝纤维的所述直径的比率在约4:1和1:1之间，例如在约3:1和1:1之间，例如在约2:1和1:1之间，如在约1.5:1和1:1之间。
17.根据任一前述权利要求所述的方法，包括使所述张紧装置在所述纤维束的运行方向上位移。
18.一种用于展开纤维的设备，所述设备包括张紧装置和在所述张紧装置下游的流体流动装置，所述张紧装置被布置成间歇地增加运行穿过所述张紧装置的连续的纤维束中的张力，所述流体流动装置被布置成在运行穿过所述流体流动装置的所述纤维束中的张力变化的同时产生穿过所述纤维束的流体流，从而将所述纤维束的宽度从初始宽度Wa增加到展开宽度Wb。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述张紧装置被布置成引起或允许所述纤维束在由所述流体流动装置限定的流动路径内往复移动。
20.根据权利要求18或19所述的设备，其中所述张紧装置被布置成引起或允许所述纤维束往复地移动到所述流体流的具有相对较大速度和/或相对较小压力的区域中和从所述流体流的具有相对较大速度和/或相对较小压力的区域移动出。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的设备，其中所述流体流动装置包括保持构件，所述保持构件被配置成保持或维持所述纤维束的展开宽度。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的设备，其中保持构件或所述保持构件阻止所述纤维束从所述流体流动装置移动出。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的设备，其中所述流体流动装置包括壳体，所述壳体具有在所述流体流动路径的方向上减小的横截面积。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的设备，其中所述流体流动装置包括壳体，所述壳体具有开口和孔，所述孔从所述开口在所述流体流动路径的方向上渐缩。
25.一种用于展开纤维的设备，所述设备包括张紧装置和接触装置，所述张紧装置被布置成间歇地改变运行穿过所述张紧装置的连续的纤维束中的张力，并且所述接触装置包括被布置成接触所述纤维束的微纤维织物，从而将所述纤维束的宽度从初始宽度Wa增加到展开宽度Wb。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述微纤维织物包括在与所述纤维束的运行方向相反的方向上布置的绒毛。
27.根据权利要求25或26所述的设备，其中所述微纤维织物位于张紧辊、所述张紧辊、一个或更多个张紧辊中的一个、一些或每个上和/或周围。
28.根据权利要求25、26或27中任一项所述的设备，还包括被配置成使所述纤维束中和/或所述纤维束上的粘合剂破碎或松散的粘合剂破碎装置。
29.根据权利要求28所述的设备，其中所述粘合剂破碎装置包括曲折通路，所述纤维束穿过所述曲折通路运行或被配置成穿过所述曲折通路运行。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的设备，其中所述设备包括被配置成限制所述纤维束宽度的聚拢器。
31.根据权利要求30所述的设备，其中所述聚拢器位于所述张紧装置的下游。
32.根据权利要求18至31中任一项所述的设备，其中所述展开宽度Wb与所述初始宽度Wa具有大于5:1的比率，所述比率例如在约6:1和20:1之间，例如在约6:1和15:1之间，如在约6:1和12:1之间，例如在约6:1和12:1之间，优选地在约8:1和12:1之间。
33.根据权利要求18至32中任一项所述的设备，其中所述纤维束包括多个连续长丝纤维，所述多个连续长丝纤维各自具有直径，并且所述纤维束包括平均展开厚度Tb。
34.根据权利要求33所述的设备，其中所述平均展开厚度Tb与单独的长丝纤维的所述直径的比率在约4:1和1:1之间，例如在约3:1和1:1之间，例如在约2:1和1:1之间，如在约1.5:1和1:1之间。
35.根据权利要求18至34中任一项所述的设备，其中所述张紧装置被布置成在使用中在运行穿过所述张紧装置的所述纤维束的运行方向上位移。
36.根据权利要求18至35中任一项所述的设备，其中所述张紧装置包括一个或更多个张紧辊，所述一个或更多个张紧辊是移动的或可移动的，以便间歇地增加和减少所述纤维束中的张力。
37.根据权利要求36所述的设备，其中一个张紧辊、所述张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊围绕它的中心轴线或它们的中心轴线旋转或是可旋转的。
38.根据权利要求18至37中任一项所述的设备，其中所述张紧装置包括一个或更多个张紧架，所述一个或更多个张紧架围绕它的轴线或它们的轴线旋转或是可旋转的。
39.根据从属于权利要求36或37时的权利要求38所述的设备，其中所述张紧架、一个张紧架、一些张紧架或每个张紧架包括一个或更多个张紧辊。
40.根据权利要求39所述的设备，其中所述张紧辊、一个张紧辊、一些张紧辊或每个张紧辊的中心轴线或多个中心轴线与所述张紧架、一个张紧架、一些张紧架或每个张紧架的中心轴线或多个中心轴线间隔开。
41.根据权利要求18至40中任一项所述的设备，其中所述张紧装置还包括卷绕盘。
42.根据权利要求41所述的设备，其中所述卷绕盘被配置成引起所述纤维束在运行方向上运行穿过所述设备。
43.一种展开的纤维束，通过根据权利要求1至17中任一项的方法或通过根据权利要求18至42中任一项的设备被展开。
44.一种展开的纤维束，由具有宽度Wa的纤维束形成，在所述束中的每个纤维具有直径D，所述展开的纤维束具有宽度Wb和厚度Tb，其中Wb>5Wa并且Tb<2D。
45.一种展开的纤维束，包括玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维或碳纤维。
46.一种片材，包括根据权利要求43、44、45所述的一个或更多个展开的纤维束。
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