CN110418707B - 用于浸渍增强材料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了制备包含用热固性树脂基质(20)浸渍的增强纤维(13)的预浸料(31)的方法，所述方法包括：a)提供增强纤维(13)层(24)；b)将第一热固性树脂基质(20)层(24)施用于增强纤维(13)层(24)的第一表面(15)并使增强纤维(13)层(24)的第一表面(15)与第一连续带(3)的支承表面(5)接触，以使第一热固性树脂基质(20)层(24)位于增强纤维(13)层(24)的第一表面(15)和第一连续带(3)的支承表面(5)之间、并与增强纤维(13)层(24)的第一表面(15)和第一连续带(3)的支承表面(5)接触；c)加热施用于增强纤维(13)层(24)的与第一连续带(3)的支承表面(5)接触的第一表面(15)的第一热固性树脂基质(20)层(24)；d)使增强纤维(13)层(24)的第二表面(17)与第二连续带(7)的支承表面(9)接触；e)在第一连续带和第二连续带(3，7)的支承表面之间加热第一热固性树脂基质(20)层(24)和增强纤维(13)层(24)，以使第一热固性树脂基质(20)浸渍增强纤维(13)层(24)；f)在第一连续带和第二连续带(3，7)的支承表面之间冷却用第一热固性树脂基质(20)浸渍的增强纤维(13)层(24)；和g)从第一连续带和第二连续带(3，7)的支承表面移除用第一热固性树脂基质(20)浸渍的增强纤维(13)层(24)。

Description

用于浸渍增强材料的方法和设备
技术领域
本发明涉及用热固性树脂浸渍纤维材料的方法，特别是但不排他地涉及在不使用树脂背衬层的情况下浸渍纤维增强材料以形成复合模塑材料例如预浸料的方法。
背景技术
复合材料包括包埋在基质材料内的纤维增强材料。将这些材料铺置在模具中并使其固化以形成刚性部件。通常，基质材料由热固性树脂形成，热固性树脂通过使其聚合成交联聚合物链的刚性晶格而固化。为了确保树脂以最佳量施用且完全浸湿纤维，优选的是在将纤维增强材料施用于模具之前将其预浸渍。预浸渍的纤维增强材料称为预浸料。纤维材料的不完全浸渍导致最终固化部件中的空隙增加，因此期望使用具有尽可能高的纤维材料的树脂浸渍程度的预浸料。这对于有待用于所谓的高压釜外(out-of-autoclave)固化方法的预浸料是特别重要的，所述预浸料特别用于制造风能组件，因为这样的方法、以及所得的固化部件对于空隙的存在是非常敏感的。
具有高树脂浸渍程度的预浸料通常通过首先将树脂作为薄膜流延到背衬片上形成。然后使背衬片的树脂涂布面(图1的101，102)与纤维增强材料(103)接触。通常，使两个树脂膜在相反两面上同时与纤维增强材料接触。辊或以压送(104)构造使用或以s-缠绕构造使用，以将压力施用于背衬片的背部，从而驱使树脂进入纤维增强材料以用树脂完全浸渍纤维。一旦已将树脂压进纤维增强材料中，则移除背衬片(105，106)，和如果必要的话可以通过按相同方式施用后续树脂膜(107，108)添加更多的树脂。一旦已经完全浸渍预浸料，则移除任何剩余的背衬片(109，110)并用聚合性保护片(111)替代，以防止当将预浸料缠绕在辊(112)上时预浸料会与其自身粘着。
背衬片用作设备和树脂之间的阻挡物以防止树脂在浸渍设备上形成污垢和积聚。当使用用于结构复合部件的热固性树脂例如环氧树脂时这是特别重要的，因为热固性树脂的性质意味着它们是特别粘性的。
背衬纸也提供可在其上流延树脂膜的便利的移动表面。背衬片通常是硅氧烷涂布纸，其用作树脂的可脱离的载体介质；硅氧烷涂层提供具有低表面能的表面，其可从粘性热固性树脂膜剥离下去。对于每米以这种方式制备的预浸料，需要至少两米、以及有时四米或更长的背衬片，而这在预浸料生产成本以及环境成本中占很大比例。背衬片的硅氧烷也是树脂的污染物，其会干扰固化反应、削弱最终固化部件的机械性能。
因此，本领域需要实现具有降低的树脂含量变化量和优选的树脂浸渍程度的预浸料的浸渍。为了使预浸料生产在经济上可行，需要实现适当的生产率。另外，应最小化或最好完全避免使用背衬片进行树脂薄膜转移。
已知在连续的双带压机中用树脂浸渍纤维片材且其中在不使用背衬片的情况下将树脂施用于纤维的各种方法，例如参见GB2040801，US4,743,187，EP0389798和US5,201,979。但是，这些方法全部是基于使用热塑性树脂，热塑性树脂的性质显著不同于热固性树脂，所述性质例如为形成可在无支承背衬层的情况下、甚至在相对高温相对容易处理的膜的能力。类似地，热固性树脂、特别是用于制造风能部件的那些热固性树脂相比于热塑性树脂具有非常有限的流量控制，使得无需在浸渍过程中防止树脂流出纤维。再进一步，热固性树脂相比于热塑性树脂对热量较为敏感，且在浸渍过程中仅相对有限量的热量可施加于这样的树脂以避免固化的过早开始，因此必须要针对这些树脂小心地控制浸渍条件。这在GB2040801、US4,743,187、EP0389798和US5,201,979中例证，如上讨论，其全部在相对短的时间段内使用相对高的温度以在固化之前和/或过程中调理其中使用的热塑性树脂。
本发明总地旨在消除和/或减轻上述问题和/或提供改善。
发明内容
根据本发明，提供了本文所限定的方法和设备。
在第一方面，本发明提供制备包含用热固性树脂基质浸渍的增强纤维的预浸料的方法，所述方法包括：
a)提供增强纤维层；
b)将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面，并使增强纤维层的第一表面与第一连续带的支承表面接触，以使第一热固性树脂基质层位于增强纤维层的第一表面和第一连续带的支承表面之间、并与增强纤维层的第一表面和第一连续带的支承表面接触；
c)加热施用于增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面的第一热固性树脂基质层；
d)使增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触；
e)在第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热第一热固性树脂基质层和增强纤维层，以使第一热固性树脂基质浸渍增强纤维层；
f)在第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却用第一热固性树脂基质浸渍的增强纤维层；和
g)从第一连续带和第二连续带的支承表面移除用第一热固性树脂基质浸渍的增强纤维层。
在第二方面，本发明提供用于制备包含用热固性树脂基质浸渍的增强纤维的预浸料的设备，所述设备包括：
a)用于将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面的装置；
b)第一连续带，其包括用于接收增强纤维层的第一表面的支承表面，以使第一热固性树脂基质层位于增强纤维层的第一表面和第一连续带的支承表面之间、并与增强纤维层的第一表面和第一连续带的支承表面接触；
c)用于加热施用于增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面的第一热固性树脂基质层的装置；
d)第二连续带，其包括支承表面和使增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触的装置；
e)用于在第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热第一热固性树脂基质层和增强纤维层、以使第一热固性树脂基质浸渍增强纤维层的装置；
f)用于在第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却用第一热固性树脂基质浸渍的增强纤维层的装置；和
g)用于从第一连续带和第二连续带的支承表面移除用第一热固性树脂基质浸渍的增强纤维层的装置。
附图说明
现将仅以实例的方式并参考以下附图解释本发明，其中：
图1是现有技术的浸渍的压送工艺的图解实例；
图2是本发明的第一实施方式的图解；和
图3是本发明的第二实施方式的图解。
图1已经在本申请说明书的背景技术部分讨论。
图2显示用于制备包含用热固性树脂基质浸渍的增强纤维的预浸料的设备1。
具体实施方式
本发明的方法涉及包含用热固性树脂基质浸渍的增强纤维的预浸料的生产，在该部分内容中术语“浸渍的”表示任何浸渍程度，从部分浸渍(包括其中热固性树脂主要存在于增强纤维层的表面上的实施方式，即所谓的半浸料)，上达有效的完整、或“完全”浸渍(即，其中增强纤维有效地由热固性树脂完全浸湿)。通常，没有标准的通用方法来评估所有类型纤维中的树脂浸渍程度，且在很多情况下这通过视觉检查来评估，其中不透明的产品表明浸渍程度较低，半透明的产品表明浸渍程度较高。本发明的方法特别适用于生产具有一致的、或“受控的”浸渍程度的预浸料、以及具有通常高的浸渍程度的预浸料。
在本发明的方法中，将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面，且使增强纤维层的第一表面与第一连续带的支承表面接触，以使第一热固性树脂基质层位于增强纤维层的第一表面和第一连续带的支承表面之间、且与增强纤维层的第一表面和第一连续带的支承表面接触，该方法的该部分可以按任何顺序进行。特别是，可以将第一热固性树脂基质层施用于第一连续带的支承表面，然后可以将增强纤维层的第一表面施用于第一热固性树脂基质层之上的第一连续带的支承表面；或优选地，可以将第一热固性树脂基质层优选作为液体或半固体膜直接施用于增强纤维层的第一表面，然后可以使增强纤维层的涂布的第一表面与第一连续带的支承表面接触，以使第一热固性树脂基质层在增强纤维层的第一表面和第一连续带的支承表面之间。
将第一热固性树脂基质层直接施用于增强纤维层的第一表面从树脂沉积角度而言提供了将树脂起始浸渍到纤维中的优势，并且也利用了用于沉积方法中的任何压力。纤维层上的直接树脂涂布也减少了与将树脂沉积到带上相关的问题，例如带热损伤、不连续涂布和/或在带拼接处的损伤，并且也减少了残留树脂在带上的积聚。
可以按任何便利的方式将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面，但是在本发明的一种优选实施方式中，在不使用背衬层的情况下将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面，这减少了在方法中产生的废材料的量并且也降低了材料成本。在本申请的方法中可以避免使用背衬层，因为浸渍在两个连续带的支承表面之间进行，并且这也避免了需要压实辊，由此减少仪器和维护成本。将第一热固性树脂基质层直接施用于增强纤维层的第一表面的适宜装置包括从模头沉积，例如狭缝模头，逆转辊涂布和辊上刮刀涂布(knife over roll coating)。
在本发明的方法中，在使增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触之前，将施用于增强纤维层的第一表面的第一热固性树脂基质层在与连续带的支承表面接触的情况下加热，这可允许预调理第一热固性树脂基质以改善在两个连续带的支承表面之间的后续浸渍步骤过程中将第一热固性树脂基质浸渍到增强纤维层中。特别地，如果在使增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触之前不预加热第一热固性树脂层，树脂可能过粘从而无法完全浸渍增强纤维，并且可能被挤出压机。此外，加热增强纤维层的第一表面和第一连续带的支承表面之间的第一热固性树脂基质层可使在施用第二连续带之前树脂开始浸渍增强纤维层，再次改善最终浸渍程度以及减少、或甚至完全避免挤出带压机中的树脂。该预浸渍也由增强纤维层和第一连续带的支承表面之间的压力辅助，例如如果在该阶段增强纤维层位于第一连续带之上由于增强纤维层的重量带来的压力，和/或由于增强纤维层中的张力将其推向第一连续带的支承表面带来的压力。
可以将施用于增强纤维层的第一表面的第一热固性树脂基质层在与第一连续带的支承表面接触的情况下加热至任何下述温度，所述温度适于充分软化/液化树脂基质以改善其浸渍到增强纤维层中，但优选将其加热到40至120℃、优选45至100℃的温度。类似地，可以将施用于增强纤维层的第一表面的第一热固性树脂基质层在与第一连续带的支承表面接触的情况下加热足以改善其浸渍到增强纤维层中的任何时间/距离，但是优选将其加热2至20m、优选4至15m、更优选5至12m的距离。
在本发明的特别的实施方式中，施用于增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面的第一热固性树脂基质的加热可以在两个或更多个阶段、特别是增加温度的阶段中进行。例如，加热可以分别在三个连续阶段中在60℃、70℃和80℃的温度进行，且3个阶段的长度可以是：对于第一阶段为2.5至4m，对于第二阶段为4至6m，对于第三阶段为0.25至1m。
可以按任何适宜的方式将施用于增强纤维层的第一表面的第一热固性树脂基质层在与第一连续带的支承表面接触的情况下加热，但是优选通过加热第一连续带的支承表面、例如通过使第一连续带的支承表面经过加热表面例如加热台来进行。在本发明的一种优选实施方式中，通过使第一连续带的支承表面经过弯曲的加热表面，将施用于增强纤维层的第一表面的第一热固性树脂基质层在与第一连续带的支承表面接触的情况下加热。优选地，弯曲的加热表面是凸面的，从而增加增强纤维层和第一连续带的支承表面之间的压力，并由此改善树脂浸渍到增强纤维层中。
在本申请的方法中，第一和/或第二连续带的支承表面优选为连续的，即，支承表面优选不是链带的形式，而是基本上均匀的且无显著间隙，以便于提供对增强纤维层的均匀支承以及在浸渍过程中提供持续的压力。在一种特定的实施方式中，第一和/或第二连续带的支承表面具有低的表面能，以允许在移除浸渍的纤维层之后可随时移除支承表面上剩余的任何树脂基质并由此防止残留树脂积聚；且特别地，第一和/或第二连续带的支承表面优选由PTFE、硅氧烷、聚丙烯、聚酰胺或抛光金属形成。第一连续带和第二连续带的支承表面可以与带整合一体，即，支承表面简单地为连续带的外表面，以使带和支承表面由相同材料形成，或者支承表面可以为固定于连续带的另外层的形式，例如施用于常规连续带(例如链连接带和/或由玻璃增强物形成的带)的外表面的PTFE、硅氧烷、聚丙烯、聚酰胺或抛光金属的连续层。
在本发明的方法中，可以将待浸渍到增强纤维中的所有热固性树脂施用于纤维层的一侧；但是，在本发明的一种优选实施方式中，所述方法进一步包括在使增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触之前，将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面。以这种方式将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面可以改善将树脂浸渍到纤维层中。在本发明的该实施方式中，可以按任何常规方式将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面，如关于将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面所讨论的。例如，第二热固性树脂基质层可以通过任何常规方法(例如经由狭缝模头、逆转辊涂布或辊上刮刀涂布)并在使增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触之前的任何阶段施用。
在本发明方法的该实施方式的第一方面，在加热第一热固性树脂基质层和增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面之后，将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面，使得在先前经过第一连续带的加热支承表面之后，仅通过第一热固性树脂基质层和增强纤维层中剩余的残留热量初始加热第二热固性树脂基质层。
在本发明方法的该实施方式的第二方面，在加热第一热固性树脂基质层和增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面之前，将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面，使得在第一热固性树脂基质层和增强纤维层经过第一连续带的加热支承表面的过程中，也加热第二热固性树脂基质层。在该实施方式中，在第一热固性树脂基质层和增强纤维层的第一表面与第一连续带的支承表面接触之前的任何点，可以将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面。例如，可以在与将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面基本上同时的时间将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面。
在其中将热固性树脂基质层施用于增强纤维层的两个表面的本发明实施方式中，可以将任何适宜的量施用于各表面，但是优选地，施用于增强纤维层的第二表面的热固性树脂基质的量不多于施用于第一表面的量。特别地，第一热固性树脂基质层的重量与第二热固性树脂基质层的重量的比率优选为1:1至10:1，更优选为3:2至3:1。
在其中将热固性树脂基质层施用于增强纤维层的两个表面的本发明实施方式中，第一热固性树脂基质和第二热固性树脂基质可以是不同的，但是优选第一热固性树脂基质和第二热固性树脂基质是相同的材料。
使增强纤维层(其在一些实施方式中可以具有施用于其的热固性树脂层)的第二表面与第二连续带的支承表面接触的步骤、以及在第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热和然后冷却热固性树脂层和增强纤维层的后续步骤可以按任何适宜的方式进行，但是使用双带压机是特别便利的。特别地，所述方法的部分e)的加热步骤和所述方法的部分f)的冷却步骤可以都在双带压机的下述节段中进行，在所述节段中两个带密切地共同运行，所述节段配有第一加热段和第二冷却段。
第一连续带和第二连续带可以按任何便利的速度操作，但是优选两个带在相同速度操作以减小摩擦效应，更优选地它们在5至15m/分钟、更优选7至12m/分钟的速度操作。
在本发明方法的步骤e)中，选择在第一连续带和第二连续带的支承表面之间将树脂层和增强纤维层所加热到的温度，以使第一热固性树脂基质(以及当存在时第二热固性树脂基质)浸渍增强纤维层到优选的程度。但是，优选选择该温度以使树脂基质的早期固化最小化、或更优选为完全避免。特别是，步骤e)中的加热优选在比步骤c)中的加热的温度高的温度进行，更优选地，步骤e)中的加热在60至200℃(例如80至160℃)的温度进行。类似地，加热区域的长度，即，步骤e)中进行加热的长度优选为1至10m，更优选为2至6m。
除了步骤e)中的加热之外，增强纤维层和第一热固性树脂层(以及当存在时第二热固性树脂层)也可以经受第一连续带和第二连续带的支承表面之间的压力。在该阶段施加的压力优选为相对低的，且最优选地仅足以确保第一连续带和第二连续带的支承表面和增强纤维层的相应表面之间的良好接触，由此促进热量从连续带的支承表面良好地传递到与增强纤维层接触的第一热固性树脂层(以及当存在时第二热固性树脂层)。通过设置加热区域中的两个带的支承表面之间的适宜间隙可以便利地控制第一连续带和第二连续带的支承表面之间施加的压力。设置过宽的间隙可导致树脂的加热较差，并且也将导致施加于树脂层和纤维层的压力低和/或不均匀，导致差和/或不规则的浸渍；同时设置过窄的间隙将导致施加于热固性树脂层的压力过大，因此树脂将从支承表面之间被挤出，再次导致浸渍减少和/或不均匀以及浪费树脂。因此，优选设置加热区域中带的支承表面之间的间隙，以使支承表面可仅在不存在树脂层和纤维层的情况下接触，或以使存在至多10mm的间隙；最优选地，一旦已经用热固性树脂基质将增强纤维层浸渍到所需程度，将间隙设置为增强纤维层的厚度。在步骤e)中第一连续带和第二连续带的支承表面之间的优选压力为0.05至1巴，更优选为0.1至0.5巴。
任选地，可以朝向加热节段的末端配置具有增加压力的区域以最终推动热固性树脂基质完全浸渍到增强纤维层中。该区域可以是具有增加压力的相对较短区域，例如通过单对压送辊来提供；或者优选地，该区域可以是具有逐渐增加压力的较长区域，例如通过交错的压光辊和任选的一对或多对压送辊提供。当存在时，在加热节段的末端具有增加压力的区域优选在第一连续带和第二连续带的支承表面之间提供0.5至10巴、更优选为2至5巴的压力。
在本发明方法的步骤f)中，在第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却用第一热固性树脂基质(以及当存在时第二热固性树脂)浸渍的增强纤维层，且该冷却促使增强纤维层表面上存在的任何热固性树脂基质与连续带的支承表面分离。因此，冷却可以在足以促进该分离的任何温度进行，但是优选地，选择使用的温度以减少可存在于方法在其中进行的气氛中的水蒸气的冷凝，即，冷却温度优选高于露点。因此适宜的温度范围包括0至20℃，优选为1至15℃，更优选为2至10℃。类似地，冷却区域的长度，即，步骤f)中冷却所进行的长度优选为1至10m，更优选为2至6m。
除了步骤f)中的冷却之外，用热固性树脂浸渍的增强纤维层也可以经受第一连续带和第二连续带的支承表面之间的压力。在该阶段施加的压力优选为相对较低，且最优选为仅足以确保第一连续带和第二连续带的支承表面和增强纤维层的相应表面之间的良好接触，由此促进热量从热固性树脂浸渍的增强纤维良好地传递到连续带的支承表面，并因此促进热固性树脂浸渍的增强纤维层的冷却。可以按关于步骤e)所讨论的控制在该阶段中第一连续带和第二连续带的支承表面之间施加的压力，例如通过设置冷却区域中两个带的支承表面之间的适宜间隙。设置过宽的间隙可导致树脂的冷却较差，并且也将导致树脂粘附至连续带的支承表面，导致增强纤维层的差的不规则树脂浸渍和/或对带的支承表面的潜在损害；同时设置过窄的间隙将导致施加于热固性树脂浸渍的增强纤维的压力过大，以及因此使树脂粘附于支承表面，再次导致浸渍减少和/或不均匀以及浪费树脂。因此，优选设置冷却区域中带的支承表面之间的间隙，以使支承表面可仅在不存在树脂层和纤维层的情况下接触，或以使存在至多10mm的间隙；最优选地，一旦已经用热固性树脂基质将增强纤维层浸渍到所需程度，将间隙设置为增强纤维层的厚度。在步骤f)中第一连续带和第二连续带的支承表面之间的优选压力为0.05至1巴，更优选为0.1至0.5巴。
适于浸渍增强纤维以形成预浸料的任何热固性树脂基质可以用于本发明的方法，但是优选地，第一热固性树脂基质和/或当存在时第二热固性树脂基质包括环氧树脂，酚醛树脂，乙烯基酯树脂，聚酯树脂或其混合物，更优选地，第一和/或第二热固性树脂基质包括环氧树脂。在一种优选的实施方式中，第一和/或第二热固性树脂在20℃是固体或半固体。
为了辅助通过本发明的方法形成的预浸料的固化，它们将优选包括固化剂体系，该固化剂体系包括一种或多种用于热固性树脂的固化剂。在增强纤维的浸渍之后或过程中，可以将这样的固化剂体系添加到预浸料中，但是优选地，当在本发明的方法中将热固性树脂基质施用于增强纤维时，固化剂体系存在于热固性树脂基质中。可以使用能够促进用于特定预浸料的特定热固性树脂的固化的任何固化剂，包括酰肼固化剂、基于脲的固化剂、胺固化剂、咪唑固化剂、双氰胺固化试剂及其混合物，但是优选地选择在用于制备预浸料的方法的条件下不促进固化的固化剂。
在其中将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面的本发明实施方式中，第二热固性树脂基质可以与第一树脂基质相同或者可以不同，例如第二热固性树脂基质可以包括不同于第一热固性树脂基质的热固性树脂，或者热固性树脂的量可以不同，或者固化剂的类型和/或量可以不同。但是，优选地，第二热固性树脂基质将与第一热固性树脂基质大致相同、更优选为等同。
适用于用于在固化时形成结构组件的预浸料的任何增强纤维可以用于本发明的方法，但是优选地，增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维或其混合物。优选地，增强纤维的使用形式为单位面积重量为50至2000g/m2、更优选为300至1500g/m2的层。
增强纤维可以为适于生产预浸料的任何形式，但是优选为单向的、双轴的或多轴的(例如三轴的、四轴的等)，并且优选为机织的、非机织的、缝合的或NCF。增强纤维层可以具有适于制备预浸料的任何宽度，例如为300至2000mm，通常为500至1500mm，例如1250mm。
在本发明一种优选的实施方式中，施用于增强纤维层的第一表面的第一热固性树脂基质层的宽度小于增强纤维层的宽度。在该实施方式中，优选将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面的中心，使得在施用第一热固性树脂基质层之后相似宽度的未涂布区域存在于增强纤维层的第一表面的两个边缘处。优选地，在增强纤维层的第一表面的边缘处的未涂布区域各自具有5至100mm、更优选为10至75mm、最优选为25至50mm的宽度。
在其中将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面的本发明实施方式中，施用于增强纤维层的第二表面的第二热固性树脂基质层的宽度小于增强纤维层的宽度，更优选地，优选将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面的中心，使得在施用第二热固性树脂基质层之后，相似宽度的未涂布区域存在于增强纤维层的第二表面的两个边缘处。优选地，在增强纤维层的第二表面的边缘处的未涂布区域各自具有5至100mm、更优选为10至75mm、最优选为25至50mm的宽度。
在本发明方法的浸渍步骤过程中，热固性树脂基质可以横向跨过增强纤维流动以及流入纤维，并且这可导致树脂被挤出增强纤维层，特别是在侧边缘的树脂。因此，通过在增强纤维层的中心处施用热固性树脂基质和在增强纤维层的边缘处提供未涂布区域，树脂可以在浸渍过程中流动以填充未涂布区域，但是可以减少、或甚至完全避免树脂从增强纤维层的边缘流出。这不仅可节省原材料，而且减少或甚至防止树脂在连续带的支承表面上的积聚，从而减少从支承表面移除树脂的需要和节省操作时间。
在第一连续带和第二连续带的支承表面之间的冷却之后，可以按任何便利的方式从支承表面移除用热固性树脂基质浸渍的增强纤维层，例如通过将其缠绕在辊上来实现。可以在将浸渍的增强纤维层从支承表面移除的过程中或之后将任选的一个或多个另外层例如一次性背衬层添加到浸渍的增强纤维层的一个面或两个面。
在本发明的一种实施方式中，当将预浸料从带之间移除时，预浸料可以是固化的。这制得可用于汽车或风能应用的刚性层合体。通过在线固化层合体，本发明提供生产具有高树脂浸渍程度的低成本层合体的方法。
预浸料的浸渍程度或范围可以通过任何适宜的方法评估，例如通过视觉检查评估。
在本发明的设备中，可以排布用于将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面的装置，以向第一连续带的支承表面提供树脂基质用于随后传递至增强纤维层的第一表面，但是优选排布所述装置以将第一热固性树脂基质层优选以液体或半固体膜的形式直接施用于增强纤维层的第一表面。用于施用树脂基质的装置可以包括从模头沉积，例如狭缝模头，逆转辊涂布和辊上刮刀涂布。
在本发明优选的实施方式中，本发明的设备进一步包括用于在使增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触之前将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面的装置。
在本发明设备的该实施方式的第一方面中，排布用于将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面的装置，以在加热施用于增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面的第一热固性树脂基质层之后，将第二热固性树脂基质施用于增强纤维层的第二表面。
在本发明设备的该实施方式的第二方面中，排布用于将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面的装置，以在加热施用于增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面的第一热固性树脂基质层之前，将第二热固性树脂基质施用于增强纤维层的第二表面。例如，可以排布设备，使得在与将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面基本上同时的时间，将第二热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第二表面。
在本发明的一种实施方式中，用于加热施用于增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面的第一热固性树脂基质层的装置包括加热表面，优选为弯曲的加热表面。
在本发明优选的实施方式中，第一连续带的支承表面和/或第二连续带的支承表面是连续的，优选第一连续带的支承表面和/或第二连续带的支承表面具有低的表面能，更优选第一连续带的支承表面和/或第二连续带的支承表面由PTFE、硅氧烷、聚丙烯、聚酰胺或抛光金属形成。连续带可以由以上材料制成或可以是任何常规带，例如链连接带或用任何以上材料涂布的玻璃增强带。
本发明的设备可以由任何便利的组件形成。例如，用于在第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热和压缩第一热固性树脂基质层和增强纤维层以使第一热固性树脂基质浸渍增强纤维层的装置可以包括双带压机。
在本发明优选的实施方式中，用于加热第一热固性树脂基质层和增强纤维层的与第一连续带的支承表面接触的第一表面的装置、用于在第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热第一热固性树脂基质层和增强纤维层以使第一热固性树脂基质浸渍增强纤维层的装置、和/或用于在第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却用第一热固性树脂基质浸渍的增强纤维层的装置可以包括小的、可移位的和/或可互换的元件。这将根据工艺要求使得能够在任何时间改变冷却/加热长度，从而增加设备使用的灵活性。而且，使用小的、可移位的和/或可互换的部件也将改善本发明设备的运输、储存和设置的容易性。特别地，简单的工艺布置连同使用例如连续带的悬臂驱动辊允许使用预拼接的带，从而无需拼接站点并且也提供具有改善强度和规则厚度的带(因为在拼接点不存在过厚厚度)。另外，预拼接的带可以无缝连接，其除了提供改善的强度之外还防止拼接痕迹印留在预浸料的表面(最终用户通常认为印留的拼接痕迹是缺陷)。
设备1包括：具有支承表面5的第一连续带3，和具有支承表面9的第二连续带7。连续带3，7各自由辊对11支撑，其中支承表面5，9不与辊接合。各连续带3，7由PTFE的连续层形成。设备1进一步包括一组辊12，其用于引导具有第一表面15和第二表面17的增强纤维层13从主辊18上退绕以使第一表面15接触第一连续带3的支承表面5。
设备1另外包括第一狭缝模头19，其用于将液体或半固体热固性树脂基质的层或膜20沉积在增强纤维层13的第一表面15上。排布狭缝模头19，以在第一表面15接触第一连续带3的支承表面5之前，使树脂层20沉积在增强纤维层13的第一表面15上，以使在接触之后树脂层20位于增强纤维层13的第一表面15和第一连续带3的支承表面5之间。设备1也包括加热台23，其经排布以当第一连续带3经过加热台23时加热施用于增强纤维层13的第一表面15的热固性树脂基质层20。加热台的长度可以为4至15m，例如8m，且加热台23适于将热固性树脂基质膜20加热到40至120℃的温度，任选在3个升高温度的单独阶段中加热。
加热台23的与第一连续带3接触的表面可以向上弯曲，例如具有30米半径的弯曲度，以增加第一连续带3的支承表面5和增强纤维层13的第一表面15之间的压力并由此改善热固性树脂基质层20浸渍到增强纤维层13中。
设备1另外包括第二狭缝模头21，其用于将液体或半固体热固性树脂基质的第二层24沉积在增强纤维层13的第二表面17上。第二狭缝模头21经排布以在第二表面17接触第二连续带7的支承表面9之前、但在加热施用于增强纤维层13的与第一连续带3的支承表面5接触的第一表面15的第一热固性树脂基质层20之后使第二树脂层24沉积在增强纤维层13的第二表面17上。
在一种可替换的实施方式中，第二狭缝模头21经排布以在加热施用于增强纤维层13的与第一连续带3的支承表面5接触的第一表面15的第一热固性树脂基质层20之前，使第二树脂层24沉积在增强纤维层13的第二表面17上；例如，第二狭缝模头21可以经排布以在与第一狭缝模头19将树脂层20沉积在增强纤维层13的第一表面15上基本上同时的时间使第二树脂层24沉积在增强纤维层13的第二表面17上。
设备1另外包括带压机组件25。带压机组件25可以经排布以在第一连续带和第二连续带3，7的支承表面5，9之间提供压缩程度；且优选地，压缩程度相对较低，例如为0.3巴。例如，第一连续带和第二连续带3，7的支承表面5，9之间的间隙仅小于增强纤维层13和第一和第二热固性树脂基质膜20，24的厚度，使得施加于树脂层20，24的压力足以促进层20，24和支承表面5，9之间的良好的热传递，而不会使任何树脂被挤出到带压机25之外。
带压机组件25包括第一加热区域27和第二冷却区域29。加热区域27经排布以将第一和第二热固性树脂基质层20，24和增强纤维层13加热到比由加热台23产生的温度高的温度，且优选加热到60至200℃的温度。加热区域27可以具有任何适宜的长度以促进热固性树脂层20，24充分浸渍到增强纤维层13中以产生热固性树脂浸渍的增强纤维层或预浸料31，但是优选地该长度为1至10m，例如4m或5m。冷却区域29经排布以将在加热区域27中形成的预浸料31冷却到足以使预浸料31的表面上剩余的层20，24的任何热固性树脂基质从第一连续带和第二连续带3，7的支承表面5，9移除，且优选冷却到0至20℃、例如4或5℃的温度。冷却区域29可以具有足以有效冷却预浸料31的任何长度，但是优选为1至10m，例如4m或5m。带压机25也可以经配置以在冷却区域29中连续带3，7的支承表面5，9之间提供压力程度，且优选地压力程度足以促进连续带3，7的支承表面5，9与预浸料31之间的良好接触，从而促进预浸料31的冷却但是不防止形成热固性树脂基质层20，24的任何树脂从连续带3，7的支承表面5，9脱离，例如为0.3巴的压力。
加热区域和冷却区域27，29中的加热和冷却可以按任何便利的方式提供，例如通过使用固定的加热板和冷却板、或通过模块加热和冷却组件例如连接于加热和冷却源的小单元实现，使得相应加热和冷却区域27，29的长度可以通过改变供应至单独单元的加热或冷却来改变。
任选的具有增加压力的区域或压送辊39可以位于加热区域27和冷却区域29之间以促进热固性树脂膜20，24完全浸渍到增强纤维层13中。例如，压送辊39可以在第一连续带和第二连续带3，7的支承表面5，9之间提供3巴的压力。
在穿过冷却区域29之后，预浸料31可以从连续带3，7的支承表面5，9移除；例如通过将预浸料31缠绕在预浸料辊33上。任选地，在缠绕步骤过程中，可以将一个或多个背衬片35施用于预浸料31的一个或两个表面。
设备1可以按5至15m/分钟、例如7至12m/分钟的速度操作。
图3显示用于制备包含用热固性树脂基质浸渍的增强纤维的预浸料的设备51。通常，图3中显示的设备51包括对应于图2中所示设备1的组件，且各附图中使用相同的附图标记，代表各设备中的相应组件。图3中所示设备51相比于图2中所示设备1的主要差异在于，设备51的组件全部通常排布在相同水平面，第一连续带3的长度大于第二连续带7的长度，以及加热台23位于带压机25之前而非位于其上。
实施例
预浸料使用用于纺织业的平板层压机通过本发明方法制备。该机器具有：在底部带的入口区域之上的预加热IR，带有18个装有弹簧的加热元件的2.3米长的加热区域，驱动压力辊，和带有9个装有弹簧的冷却元件的1.15米长的冷却区域。试验用加热区域元件在100至120℃的温度和4至7m/min的线速度进行。用于试验的材料是多轴E-玻璃纤维织物，尤其是Biax 600和Triax 1200gsm(广泛用于风能应用的增强材料)，其中Hexcel M9.6和M9.6LT环氧配制的树脂(也是风能预浸料广泛使用的基质)在到层压机中加工之前预先成膜并施用到增强材料的一侧或两侧。树脂膜单位面积重量使得达到35至50％(风能应用中的典型数值)的树脂单位面积含量。层合产品具有与在常规转换机器中制备的预浸料相同的品质，包括：浸渍水平，树脂分布，粘性性质，热性质，和机械性能。

Claims (49)

1.制备包含用热固性树脂基质浸渍的增强纤维的预浸料的方法，所述方法包括：
a)提供增强纤维层；
b)将第一热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第一表面，并使所述增强纤维层的第一表面与第一连续带的支承表面接触，以使所述第一热固性树脂基质层位于所述增强纤维层的第一表面和所述第一连续带的支承表面之间、并与所述增强纤维层的第一表面和所述第一连续带的支承表面接触；
c)加热施用于所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面的所述第一热固性树脂基质层；
d)将第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面，然后使所述增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触；
e)在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热所述第一热固性树脂基质层和所述增强纤维层，以使所述第一热固性树脂基质浸渍所述增强纤维层；
f)在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却用所述第一热固性树脂基质浸渍的所述增强纤维层；和
g)从所述第一连续带和第二连续带的支承表面移除用所述第一热固性树脂基质浸渍的所述增强纤维层，
其中所述第一连续带的支承表面和所述第二连续带的支承表面是连续的，且所述第一连续带的支承表面和所述第二连续带的支承表面具有低的表面能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一热固性树脂基质层直接施用于所述增强纤维层的第一表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在不使用背衬层的情况下将所述第一热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第一表面。
4.根据权利要求2所述的方法，其中在不使用背衬层的情况下将所述第一热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第一表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一热固性树脂基质层作为液体或半固体膜直接施用于所述增强纤维层的第一表面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层在与所述第一连续带的支承表面接触的情况下加热至40至120℃。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层在与所述第一连续带的支承表面接触的情况下加热至45至100℃的温度。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层在与所述第一连续带的支承表面接触的情况下加热达2至20m的距离。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层在与所述第一连续带的支承表面接触的情况下加热达4至15m的距离。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层在与所述第一连续带的支承表面接触的情况下加热达5至12m的距离。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中通过加热所述第一连续带的支承表面，将施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层在与所述第一连续带的支承表面接触的情况下加热。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中通过使所述第一连续带的支承表面经过加热表面，将施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层在与所述第一连续带的支承表面接触的情况下加热。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中通过使所述第一连续带的支承表面经过弯曲的加热表面，将施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层在与所述第一连续带的支承表面接触的情况下加热。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一连续带的支承表面和/或所述第二连续带的支承表面由PTFE、硅氧烷、硅烷或抛光金属形成。
15.根据权利要求1所述的方法，其中在加热施用于所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面的所述第一热固性树脂基质层之后，将所述第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面。
16.根据权利要求1所述的方法，其中在加热所述第一热固性树脂基质层和所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面之前，将所述第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面。
17.根据权利要求1所述的方法，其中在与将所述第一热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第一表面基本上同时的时间将所述第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面。
18.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一热固性树脂基质层的重量与所述第二热固性树脂基质层的重量的比率为1:1至10:1。
19.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一热固性树脂基质层的重量与所述第二热固性树脂基质层的重量的比率为3:2至3:1。
20.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一热固性树脂基质和所述第二热固性树脂基质是相同的材料。
21.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤e)中的加热在比步骤c)中的温度高的温度进行。
22.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤e)中的加热在60至200℃的温度进行。
23.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤e)中的加热在80至160℃的温度进行。
24.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤e)中的加热进行1至10m的距离。
25.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤e)中的加热进行2至6m的距离。
26.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在步骤f)中，将用所述第一热固性树脂基质浸渍的所述增强纤维层在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却至0至20℃的温度。
27.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在步骤f)中，将用所述第一热固性树脂基质浸渍的所述增强纤维层在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却至1至15℃的温度。
28.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在步骤f)中，将用所述第一热固性树脂基质浸渍的所述增强纤维层在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却至2至10℃的温度。
29.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤f)中的冷却进行1至10m的距离。
30.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤f)中的冷却进行2至6m的距离。
31.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一热固性树脂基质包括环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂或其混合物。
32.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一热固性树脂基质包括环氧树脂。
33.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一热固性树脂基质在20℃是固体或半固体。
34.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维和/或芳族聚酰胺纤维。
35.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述增强纤维具有的单位面积重量为50至2000g/m2。
36.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述增强纤维层是单向的、双轴的或多轴的，并且是机织的、非机织的、缝合的或NCF。
37.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层的宽度小于所述增强纤维层的宽度。
38.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述第一热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第一表面的中心，使得在施用所述第一热固性树脂基质层之后相似宽度的未涂布区域存在于所述增强纤维层的第一表面的两个边缘处。
39.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中施用于所述增强纤维层的第一表面的所述第一热固性树脂基质层的宽度小于所述增强纤维层的宽度；且进一步其中施用于所述增强纤维层的第二表面的所述第二热固性树脂基质层的宽度小于所述增强纤维层的宽度。
40.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述第一热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第一表面的中心，使得在施用所述第一热固性树脂基质层之后相似宽度的未涂布区域存在于所述增强纤维层的第一表面的两个边缘处；且进一步其中将所述第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面的中心，使得在施用所述第二热固性树脂基质层之后相似宽度的未涂布区域存在于所述增强纤维层的第二表面的两个边缘处。
41.用于制备包含用热固性树脂基质浸渍的增强纤维的预浸料的设备，所述设备包括：
a)用于将第一热固性树脂基质层施用于增强纤维层的第一表面的装置；
b)第一连续带，其包括用于接收所述增强纤维层的第一表面的支承表面，以使所述第一热固性树脂基质层位于所述增强纤维层的第一表面和所述第一连续带的支承表面之间、并与所述增强纤维层的第一表面和所述第一连续带的支承表面接触；
c)用于加热施用于所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面的所述第一热固性树脂基质层的装置；
d)在使所述增强纤维层的第二表面与第二连续带的支承表面接触之前用于使第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面的装置；
e)第二连续带，其包括支承表面和使所述增强纤维层的第二表面与所述第二连续带的支承表面接触的装置；
f)用于在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热所述第一热固性树脂基质层和所述增强纤维层、以使所述第一热固性树脂基质浸渍所述增强纤维层的装置；
g)用于在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却用所述第一热固性树脂基质浸渍的所述增强纤维层的装置；和
h)用于从所述第一连续带和第二连续带的支承表面移除用所述第一热固性树脂基质浸渍的所述增强纤维层的装置，
其中所述第一连续带的支承表面和所述第二连续带的支承表面是连续的，且所述第一连续带的支承表面和所述第二连续带的支承表面具有低的表面能。
42.根据权利要求41所述的设备，其中将用于将第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面的装置进行排布，以在加热施用于所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面的所述第一热固性树脂基质层之后向所述增强纤维层的第二表面提供第二热固性树脂层。
43.根据权利要求41所述的设备，其中将用于将第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面的装置进行排布，以在加热施用于所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面的所述第一热固性树脂基质层之前向所述增强纤维层的第二表面提供第二热固性树脂层。
44.根据权利要求41所述的设备，其中将用于将第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面的装置进行排布，使得在与将所述第一热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第一表面基本上同时的时间将所述第二热固性树脂基质层施用于所述增强纤维层的第二表面。
45.根据权利要求41至44任一项所述的设备，其中用于加热施用于所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面的所述第一热固性树脂基质层的装置包括加热表面。
46.根据权利要求41至44任一项所述的设备，其中用于加热施用于所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面的所述第一热固性树脂基质层的装置包括弯曲的加热表面。
47.根据权利要求41至44任一项所述的设备，其中所述第一连续带的支承表面和/或所述第二连续带的支承表面由PTFE、硅氧烷、硅烷或抛光金属形成。
48.根据权利要求41至44任一项所述的设备，其中用于在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热所述第一热固性树脂基质层和所述增强纤维层、以使所述第一热固性树脂基质浸渍所述增强纤维层的装置包括双带压机。
49.根据权利要求41至44任一项所述的设备，其中用于加热所述第一热固性树脂基质层和所述增强纤维层的与所述第一连续带的支承表面接触的第一表面的装置、用于在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间加热所述第一热固性树脂基质层和所述增强纤维层以使所述第一热固性树脂基质浸渍所述增强纤维层的装置、和/或用于在所述第一连续带和第二连续带的支承表面之间冷却用所述第一热固性树脂基质浸渍的所述增强纤维层的装置包括小的、可移位的和/或可互换的元件。
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