CN110831758A - 生产纺织品单向织物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造纺织品单向织物的方法，其中相互平行布置的复丝增强线的至少一个平面层与横向线编织，其中使用具有芯鞘结构和10至40tex的纤度的横向线作为横向线，其中横向线具有构成鞘的第一组分和构成芯的第二组分，其中第一组分的熔融温度低于第二组分的熔融温度，第一组分是可熔融的热塑性聚合物材料，借助横向线的第一组分，相邻布置的复丝增强线通过热熔融彼此连接，其中通过将复丝增强线与横向线交织在一起在单向织物中形成通道，因此可以建立10至600l/dm2/min的渗透率。优选的实施方案涉及制造具有纤维网的单向织物的方法。本发明还涉及由该单向织物制造的纤维预成型件。

Description

生产纺织品单向织物的方法
本发明涉及一种由增强纤维生产纺织品单向织物(也简称为单向织物)的方法，并涉及一种用于生产复合组件的纤维预成型件，其中该纤维预成型件是由该单向织物制成的。
本发明是国际申请PCT/EP 2016/070959中描述的发明的进一步发展。
增强纤维或线的稀松布，特别是单向织物形式的稀松布，在市场上早已为人所知。这些稀松布或单向织物被广泛用于生产具有复杂结构的复合组件。在这种情况下，首先由稀松布或单向织物制成所谓的纤维预成型件，以在中间步骤中生产复合组件，以形成增强纤维的二维或三维结构形式的纺织品半成品，其形状几乎可以与最终组件的相同形状相对应。在这样的纤维预成型件的实施方案中，该纤维预成型件基本上仅由增强纤维组成，并且在该纤维预成型件中至少仍然缺少该组件所需的制备基质部分，在进一步的步骤中通过注入或注射将合适的基质材料引入到纤维预成型件中，也可以使用真空。最后，基质材料在通常升高的温度和压力下固化以获得最终的组件。用于注入或注射基质材料的已知方法可以包括所谓的液体模制(LM)方法或相关的方法，例如，树脂传递模塑(RTM)，真空辅助树脂传递模塑(VARTM)，树脂膜熔渗(RFI)，液体树脂灌注(LRI)或树脂灌注柔性模具(RIFT)。
为了生产纤维预制件，可以将不具有基质材料的稀松布或单向织物彼此叠放成几层，其形状适合于组件的轮廓，直到获得所需的厚度。在其他情况下，多层稀松布或非织造布可首先被堆叠并形成为干燥的多轴稀松布，例如通过线连接。各个层的增强纤维可以彼此平行排列，或者彼此横穿。通常，设置多轴角度为0°，90°，正或负25°，正或负30°，正或负45°或正或负60°，并选择设计以给出相对于零度方向对称的结构。这些多轴片然后可以容易地加工成预成型件。
在许多情况下，多轴片可包含在相对较低的温度下熔融的热塑性聚合物组分，例如以线的形式或以聚合物材料的形式被另外施加到复丝增强线上。因此，可以通过熔融该聚合物组分然后随后冷却预成型件以使预成型件稳定来获得预成型件。
通过使用相互平行并置的复丝增强线或单向织物的层，可以生产纤维复合组件，其针对性地适应在应用中施加在该组件上的应力，以便在各个应力方向上获得高强度。在这种情况下，当使用单向织物的多轴层或多层时，可以通过使纤维密度和纤维角度适应组件中存在的应力方向来实现较低的比重。
对于预成型件的生产，重要的是，在这种情况下使用的原材料，例如相互平行并置的复丝增强线或单向织物的稀松布，甚至由其生产的多轴层，都必须具有足够的稳定性和可成型性，确保良好的处理性和悬垂性。
US 4,680,213描述了一种由增强纤维组成的纺织品，该纺织品被成形以确保良好的渗透性。为此，将单向取向的增强纤维与所谓的粘合纤维粘合。粘合纤维使增强纤维彼此保持一定距离。这些距离在纺织品中产生可能在几毫米至五毫米之间的间隙。这些间隙在纺织品中产生渗透性。粘合纤维可以由可熔融材料(例如聚酯)制成，或者例如可以具有芯鞘结构(高强度纤维材料，例如涂覆有聚酯)。在US 4,680,213中，在经向和纬向都使用粘合纤维，因此由于粘合，所得织物的悬垂性差。所述文献的增强纤维没有形成并列的复丝增强线的片，因此由于间隙而降低了织物的强度。另外，该文件中没有提及渗透率范围。所引用的文献中的纺织品也几乎不可能设定渗透率范围，因为纺织品中的间隙总是在整个纤维长度上延伸，因此总是导致高渗透性。
由EP 1 125 728已知具有附加的非织造物的增强纤维材料，其中该材料应具有非常好的悬垂性。从图3可以看出，辅助线5穿过增强纤维材料层编织。EP 1 125 728的部分[0024]公开了增强纤维线以0.1至5mm的间隔彼此平行地布置，以提高树脂的渗透性并因此简化浸渍。因此，在这里也通过设置在织物中的增强纤维线之间的间隙(以及通过针刺非织造物)来实现渗透性。该文献未公开渗透率范围。该文献也没有公开辅助线具有芯鞘结构或纤度在10至40tex的范围内。
结果，US 4,680,213和EP 1 125 728的纺织品的更好浸渍性是通过在纤维层中沿纤维方向延伸的间隙实现的。结果，在纤维的整个长度上在每个纤维层中产生间隙。通常，由该纺织品制成的组件因此具有不含增强纤维材料的区域(富含树脂的区域)，这不利地影响了强度。特别是，这种纺织品似乎不可能设置低渗透率范围(10至40l/dm2/min)。
EP 1 352 118 A1公开了一种多轴织物，其中增强纤维的层通过可熔融的线保持在一起，所述熔融的线使得多轴织物在线的熔融温度以上具有良好的可成形性，并且随后在冷却时稳定形状。通常，线由热塑性聚合物制成，例如聚酰胺或聚酯，如EP 1 057 605中所公开。
US 2005/0164578公开了一种用于复合预成型件的前体，其包括至少一层增强纤维织物并将纤维掺入到至少一层中，所述纤维在暴露于高温时稳定预成型件并且随后溶解在用于生产复合组件的基质树脂中。WO 02/16481还公开了例如用于预成型件的增强纤维的结构，所述结构包含柔性聚合物元件，例如它们以纤维形式引入增强纤维之间或作为将增强纤维连接在一起的线引入。柔性聚合物元件由可溶于所使用的可固化基质材料中的材料制成。
根据DE 198 09 264 A1，可以将热塑性聚合物的粘合剂非织造物插入在其中公开的用于纤维预成型件的纤维铺设排列中缝合在一起的增强纤维层之间。当加热到构成这些非织造物的聚合物的熔融温度以上时，这些热熔粘合剂可使纤维织物排列以简单的方式变形为三维结构，该三维结构在冷却后几乎没有回复力地保持其形状。
EP 1 473 132涉及多轴织物和/或用于生产该多轴织物的方法以及由该多轴织物制成的预成型件。多轴层在单向增强纤维的层之间具有热塑性纤维的中间层，其中双组分纤维的非织造物的中间层或混合非织造物的中间层可以由混合在一起的不同纤维制成。形成中间层的聚合物应与随后注入预成型件的基质树脂相容。特别指出，中间层应该对基质树脂的注入是可渗透的，并且应该在树脂注入期间和之后固定增强层。在使用环氧树脂的情况下，非织造物由聚酰胺纤维组成。非织造物可以通过编织针脚或通过熔融粘合而结合到增强纤维层。
EP 1 705 269公开了一种聚羟基醚的热塑性纤维材料，其可以例如被插入增强纤维的多轴织物中，例如作为增强纤维层之间的非织造物。在热的影响下，聚羟基醚材料变得粘稠，因此在将增强纤维嵌入基质之前，可以将增强纤维固定在确定的几何排列中。然后，聚羟基醚纤维材料随后在高于其玻璃化转变温度的温度下完全溶解在基质材料中。
US 2006/0252334描述了由几层增强纤维组成的稀松布，其用于提高由这些层制成的组件在增强层例如由聚合物纤维制成的非织造物之间的冲击强度。在这种情况下，这些聚合物纤维应可溶于基质树脂中，根据US2006/0252334的描述，与可熔的不溶性热塑性塑料相比，使得形成这些纤维的聚合物在树脂基质中的均匀分布成为可能。
由于在US 2006/0252334和EP 1 705 269的情况下聚合物纤维可溶于基质材料中，并因此在稀松布的渗透过程中与基质树脂一起溶解，因此在组件生产的此阶段将增强层牢固固定没有充分保证。
专利文献中还描述了复丝增强线的单层或彼此平行的单层单向织物形式的基材，其适合于生产纤维预成型件。因此，EP 1 408 152描述了一种单向织物形式的基材，其中相互单向和平行并置的复丝增强线与横向于复丝增强线延伸的辅助线交织在一起。辅助线可以是碳纤维，玻璃纤维或有机纤维，例如芳族聚酰胺，聚酰胺，PBO，PVA或聚乙烯纤维。EP 1408 152的基材还可以具有粘合剂组分，例如尼龙或聚酯或热固性树脂，例如环氧，酚醛或不饱和聚酯树脂。此外，可以将第一树脂组分和第二树脂组分粘附至单向织物的复丝线。第二树脂组分具有比第一树脂组分更高的熔融温度或流动引发温度。
EP 2 233 625公开了具有弯曲轮廓的并置增强纤维线的单层形式的基材，其中增强纤维线通过呈纬线形式横贯增强纤维线的辅助线保持在一起。尼龙或玻璃丝优选用作辅助线，特别优选使用玻璃丝，因为它们不收缩。为了使弯曲形状稳定，可以将以热塑性聚合物为主要组分的树脂材料以点状，线状，不连续或非织造的形式施加并粘接于基材。
尽管EP 2 233 625已经提供了即使在弯曲轮廓的情况下也具有内聚性和良好稳定性的基材，但是仍然需要具有改善的稳定性并且同时具有高悬垂性的基材，自动化的生产方法和自动化的加工成预成型件。
仍然需要同时提供改进的稳定性和高悬垂性并且特别适合于自动化制造方法的单向织物制造方法。
因此，本发明的目的是提供一种生产纺织品单向织物的方法，该织物在成型为预型件后具有良好的尺寸稳定性，并且对基质树脂的渗透具有良好且可调节的渗透性。同时，由纺织品单向织物制成的组件应具有高强度特性，特别是在压力下，以及高冲击强度。
该目的通过一种用于制造纺织品单向织物的方法来实现，其中，相互平行并置的复丝增强线的至少一个平面层经由横向线彼此交织，其中使用具有芯鞘结构的横向线，并且其中构成鞘的横向线形成第一组分，而第二组分形成芯，其中第一组分的熔融温度低于第二组分的熔融温度，第一组分是可熔融的热塑性聚合物材料，并且其中并置的复丝增强线是由横向线的第一组分通过熔体粘合而粘合在一起，其中横向线的线密度根据EN ISO2060：1995测量为10至40tex，并且其中通过将横向线与复丝增强线在平面层中交织在一起，可以形成并排布置的复丝增强线道，以使渗透率达到10至600l/dm2/min(根据EN ISO9237进行测量)。
相互平行并置的复丝增强线的平面层(平层)应理解为是指复丝增强线的层，其相邻的线在一层内主要彼此直接接触。这样就形成了沿纤维方向没有大的间隙的扁平线结构。间隙或通道(gassen)仅在局部地出现在由交织产生的复丝增强线和横向线之间的交点处。这些间隙中的大多数可以设计为在大通道中会聚(如果出于渗透性的原因而希望如此)。
这些间隙或通道的尺寸可通过选择横向线的细度而受到影响，从而与横向线的编织类型一起可调节单向织物的渗透性。以这种方式，可以有利地调节单向织物的不可浸性而不降低织物(和随后的组件)的强度或降低悬垂性。
如图2A所示，通过该方法形成的通道通过横向线与复丝增强线的交织而局部出现。通道也可以称为间隙或通道。
热塑性聚合物材料的非织造物优选地布置在复丝增强线的至少一层上，并且粘结到复丝增强线的平面层上。非织造物与复丝增强线的平面层的粘合优选地通过横向线进行。换句话说，横向线的第一组分通过熔融粘合将非织造物粘附至复丝增强线层(与横向线交织)。
渗透性可以(尤其)通过横向线与复丝增强线的特定交织来调节。定向编织应理解为是指编织主要不是旨在将横向线连接到复丝增强线。
与国际申请PCT/EP/2016/070959中描述的原始发明相比，所描述的生产单向织物的方法是新颖的。尽管在原始申请中，纺织品基材也可以是单向织物的形式，但无法设置渗透率。如在母申请中所描述的那样，通过使横向线与复丝增强线交织，只能在复丝增强线和横向线之间实现粘结。为此，原始申请还指出，横向线另外被胶粘到复丝增强线上。不可能正确地交织或编织横向线，否则将导致可调节的渗透性。原始申请也没有描述渗透率在10至600l/dm2/min范围内的单向织物。应该清楚的是，所要求的渗透率范围并非仅仅由于横向线用复丝增强线固定而产生。相反，所要求的渗透率范围是由于横向线与复丝增强线的故意交织以及具有芯鞘结构的横向线的纤度范围的目标选择的结果，这超出了仅仅将横向线固定到复丝增强线的范围。
通过根据本发明的方法生产的单向织物具有(可调节的)渗透率，因此特别有利地适用于后续的加工方法。例如，如果提供单向织物以生产大型组件，则将这些单向织物中的一个或多个与基质系统组合以形成预成型件。为此，将一个或多个单向织物插入所谓的预成型件中，然后借助于基质材料，例如借助于真空辅助方法(VAP)，改进的真空注入法MVI或真空辅助树脂灌注法(VaRTM)将其模制成预成型件。由于单向织物的渗透性可调，因此只能使用所描述的方法。例如，在VAP方法中，单向织物的渗透性会导致负压，从而使捕获的空气和气体逸出，并且基质系统会完全渗透单向织物，从而避免了后续预成型件的薄弱环节。应当理解，取决于所选择的基质系统和单向织物，并且还取决于单向织物的后续要求，可能需要单向织物的不同渗透率。例如，当使用高度液态的基质材料时，可以将单向织物的渗透率故意设置得较低，例如，以实现单向织物与基质材料的故意较慢的渗透。低渗透率的渗透率应在10至40l/dm2/min的范围内。在低渗透性单向织物的情况下，在制造方法期间，空气和气体可能会较长时间逸出。特别地，在不具有用于抽气的膜的制造方法中，降低了用单向织物制成的纤维预成型件中的缺陷风险(没有基质材料的部位)。
平均渗透率在40至80l/dm2/min的范围内，并且高渗透率应理解为是指大于80l/dm2/min，更优选地大于100l/dm2/min的渗透率。
有利地，通过高度调节的渗透性，可以将注入时间缩短6到15倍，这意味着可以节省小时范围内的预成型件生产。
此外，可调节的渗透率还影响预成型件生产中的流路。例如，具有高渗透率，可以减少甚至完全消除辅助材料，例如助流剂或通道。
优选地，在单向织物中，可以通过交织复丝增强线和横向线来设定25至600l/dm2/min，更优选50至600l/dm2/min的渗透率。
进一步优选地，这些通道基本上仅在复丝增强线和横向线的结合点处形成。结果，仅出现非常有限的局部单个通道，它们基本上不在线延伸方向上延伸，或者例如不在整个线长度上存在。然而，取决于要设定的渗透率，可以这样选择横向线的交织，使得可以出现在线的长度上延伸的大的连续通道。局部受限制的(不连续的通道)不会在线延伸方向上产生无线区域，该区域在线延伸方向上在整个(或长段)线长度上沿线延伸方向延伸。在现有技术中，这样的区域在后面的组件中没有增强线，并且可以仅具有基质材料，这会降低强度。
彼此平行排列(不与横向线交织)的复丝增强线的至少一个平面层形成单向稀松布。在本发明的上下文中，单向稀松布应理解为是指至少一个相互平行的复丝增强线的平面(平的)片状层的布置，其中所有增强线都在一个方向上取向。横向线在复丝增强线的位置上的交织导致单向织物。为了本发明的目的，应该清楚的是，单向稀松布是单向织物。
相互平行的并置的复丝增强线被编织在一起以在横向线上形成单向织物，并且通过熔融粘合同时连接至横向线。在这些单向织物的情况下，形成各自的层并且彼此平行且相邻布置的增强线通过基本上横向于增强线延伸的松散的束缚线(横向线)链彼此连接。例如在EP 0 193 479 B1，EP 0 672 776或EP 2 233 625中描述了这种单向织物。优选地，复丝增强线的单向稀松布具有并排布置的相互平行的复丝增强线的单片。
通过该方法生产的单向织物在增强线的延伸方向上以及横跨增强线的方向上具有相对于增强线相对于彼此移位的高稳定性。一方面，这是由于以下事实：在一个实施方案中，热塑性聚合物材料的非织造物被粘结地结合到复丝增强线的层上。另一方面，芯-鞘横向线提供了进一步的稳定性，因为形成鞘的第一熔融热塑性聚合物材料组分的熔点低于形成芯的第二组分的熔点，这导致并列的复丝增强线通过熔融粘合。
同时，即使在较高的温度下，例如在从单向织物生产复合组件的过程中基质树脂固化过程中遇到的那些温度，较高熔点的芯组分也能为单向织物赋予足够的侧向稳定性，关于收缩以及可能的伸长。
根据最终要生产的复合组件的强度要求，本发明的单向织物最好用于通过将一层或多层单向织物堆叠在一起而制成纤维预制件，并且例如将其引入模具中。由于单向织物的良好悬垂性，可以生产出具有弯曲轮廓的纤维预制件。然后可以例如通过短暂的温度升高和随后在非织造物上或在横向线的鞘组分上的随后冷却来使单向织物的叠加层彼此连接，即，实现固定，从而获得稳定和易于处理的纤维预制件。
对于本领域技术人员显而易见的是，可以通过各种因素来调节渗透率。优选根据复丝增强线之间的编织(交织)的类型和所选的横向线的线密度来调节本发明方法中的渗透率。在这种情况下，特别优选的是，形成纺织品单向织物的横向线以斜纹或平纹编织方式与复丝增强线交织。
横向线与复丝增强线的交织优选地通过具有0.6-3Fd/cm，优选0.8Fd/cm的斜纹编织3/1，具有0.6-3.0Fd/cm，优选1.1Fd/cm的斜纹编织3/1，具有0.6-3.0Fd/cm，优选1.1Fd/cm的斜纹编织2/1，具有0.6-3.0Fd/cm，优选1.1Fd/cm的平纹编织1/1，和/或具有0.6-3.0Fd/cm的平纹编织1/1来进行。
在单向织物的生产中，还可以想到的是，完成的单向织物可以在不同的织物区域具有不同类型的结合。结果，单向织物可以例如具有较高渗透性的局部区域和较低渗透性的局部区域。以这种方式，例如，在从单向织物制造预成型件中，基质系统的渗透速度也可能受到局部影响。
除了横向线和复丝增强线之间的粘合类型之外，复丝增强线的线和/或线横截面也可能(在较小程度上)影响单向织物的渗透性。复丝增强线优选地为带状线的形式。带状线应该被理解为是指这样一种线，该线的表面在横向于线的制备方向上比在其垂直于线的传播方向上的厚度大得多。横向线优选以具有圆形横截面的线存在。
优选地，根据EN ISO 2060:1995测量，横向线的纤度在15至35tex的范围内，更优选在20至25tex的范围内。
尽管渗透性可能受到几个因素的影响，但是应该理解的是，结合(编织)的类型和横向线纤度似乎对渗透性具有最大的影响。单向织物中的通道形成基于单向织物中的结合和纬线密度而受影响。单向织物变得更加开放。上部和下部线数量的增加最终导致在单向织物内出现许多通道(通道或缝隙)，这些通道用作流动通道，因此可实现更好的浸渍性能。在某些情况下，还可以选择横向线的编织和纤度，以便多个小通道形成一个大通道。因此，令人惊讶地，可以在宽范围内调节渗透率并适应各种要求。
令人惊讶地，进一步发现，纤度大于40tex的横向线的选择对单向织物产生负面影响。一方面，单向织物层的线型中出现明显的波纹，而另一方面，通道在横向于线延伸方向的方向上无意地变大。在横向方向上如此大的通道导致组件中不具有横向于线方向的增强纤维的富树脂区域(这可能会导致后面的组件损失强度)。
在制造单向织物的方法中，横向线与复丝增强线编织得越密，则单向织物的渗透性越高。这可以通过以下事实来解释，即，横向线与复丝增强线的任何交织都会在单向织物内在横向线与复丝增强线交织的点(结合点)处形成通道或间隙(通道)。横向线使复丝增强线局部移动最小化以形成通道。通过该通道或间隙，基质系统可以随后流过单向织物。这样就创建了已经描述的通道。因此，横向线与复丝增强线编织得越紧密，则在单向织物中形成的通道越多，并且渗透性越高。
但是，横向线的纤度也会影响渗透性，因为横向线的所选纤度越大，通道越大。但是，应注意的是，纤度太高(纤度大于40tex)不仅会导致通道变大，还会导致复丝增强线的线层产生不希望的起伏。这种起伏是不希望的，因为它降低了织物的强度及其可处理性。另外，过大的通道导致复丝增强线层内的无线区域，这不利地影响了单向织物和随后的组件(由单向织物制成)的强度。因为在本发明中，横向线的纤度应不大于40tex，而横向线也具有所要求的芯鞘结构，所以即使在密集交织的情况下，通道通常也不会导致无纤维的区域，而后面的组件中横向线的高纤度使此类区域保持较小。这是因为当用基质树脂渗透以生产组件时，横向长丝的第一组分(具有较低的熔融温度)在渗透过程中熔化，因此在基质渗透一定时间后，通道会收缩。
结果，渗透性可通过用复丝增强线编织横向线和选择横向线的旦数来调节，其中，仅特定选择的区域对于横向线旦数似乎是有利的，而横向线应作为芯鞘线存在。
如上所述，构成横向线的鞘的第一组分的熔融温度低于构成芯的第二组分的熔融温度。优选地，横向线的第一组分的熔融温度在70至150℃的范围内，并且更优选在80至120℃的范围内。第一组分可以是熔融温度在该范围内的聚合物或聚合物共混物。第一组分特别优选是聚酰胺均聚物或聚酰胺共聚物或聚酰胺均聚物和/或聚酰胺共聚物的混合物。在这些聚合物中，聚酰胺6，聚酰胺6.6，聚酰胺6.12，聚酰胺4.6，聚酰胺11，聚酰胺12或基于聚酰胺6/12的聚合物是最合适的。
同样优选的是，横向线的第二组分的熔融温度高于200℃。特别优选地，第二组分可以是玻璃或聚酯，因为这些材料在制造期间在复合组件中普遍存在的温度下提供低收缩率和低伸长率。
在本单向织物中，复丝增强线可以是通常的增强纤维或用于制造纤维增强复合材料的线。优选地，复丝增强线是碳纤维，玻璃纤维或芳族聚酰胺线，或超高分子量UHMW聚乙烯线，并且更优选地是碳纤维线。在一个有利的实施方案中，复丝增强线以50至500g/m2的基重存在于单向织物中。特别有利的是基重在100至300g/m2的范围内。优选地，复丝增强线由500至50,000根增强纤维丝组成。为了实现单向织物的特别良好的悬垂性和特别均匀的外观，复丝增强线特别优选由6000至24000根增强纤维丝组成。
优选地，复丝增强线是根据JIS-R-7608标准测量的具有至少5000MPa的强度和至少260GPa的拉伸模量的碳纤维线。关于所使用的碳纤维线，参考文献JP 2017-231749，该日本申请尚未公开。
例如，横向线可以在单向织物内与复丝增强线成直角延伸。但是，横向线和复丝增强线之间的任何其他角度也是可能的。
例如，在非织造物的制造方法中，非织造物可以是短绒或短纤维织物，或者是需要例如在温度和压力下被固结的连续长丝非织造物，其中长丝在接触点处熔化并因此形成非织造物。如上所述，一方面通过非织造物实现了复丝增强线的复合。同时，获得了良好的悬垂性。非织造物例如也可以是玻璃非织造物或碳纤维非织造物，然后通过粘合剂将其粘合到复丝增强线的平面层上。
非织造物优选地由热塑性聚合物材料组成。例如在DE 35 35 272 C2，EP 0 323571 A1，US 2007/0202762 A1或US 2008/0289743 A1中公开了这种非织造物。在适当选择热塑性聚合物材料的情况下，非织造物可以用作抗冲击剂，并且随后在复合组件的生产中不需要将其他的抗冲改性剂添加到基质材料本身中。在由单向织物制成的纤维预成型件的基质材料渗透期间，非织造物仍应具有足够的稳定性，但是优选在随后的加压和/或固化温度下熔融。因此，优选地，构成非织造物的热塑性聚合物材料的熔融温度在80至250℃的范围内。例如，对于将环氧树脂用作基质材料的应用，聚酰胺非织造物是有用的。
在一个优选的实施方案中，非织造物包括第一和第二聚合物组分，其熔融温度低于横向线的第二组分的熔融或分解温度，其中第二聚合物组分的熔融温度低于第一聚合物组分的熔融温度。在这种情况下，特别优选的第一聚合物组分是不溶于环氧，氰酸酯或苯并恶嗪基质树脂或这些基质树脂的混合物中的聚合物。如果第一聚合物组分的熔融温度至少与基质树脂的固化温度一样高，则是特别有利的。
作为优选使用的非织造物的第一聚合物组分，可以使用可以加工成热塑性长丝的常规聚合物，只要它们满足上述条件，例如聚酰胺，聚酰亚胺，聚酰胺酰亚胺，聚酯，聚丁二烯，聚氨酯，聚丙烯，聚醚酰亚胺，聚砜，聚醚砜，聚苯砜，聚苯硫醚，聚醚酮，聚醚醚酮，聚芳酰胺，聚酮，聚邻苯二甲酰胺，聚苯醚，聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯或这些聚合物的共聚物或混合物。非织造物的第一聚合物组分特别优选为聚酰胺均聚物或聚酰胺共聚物，或聚酰胺均聚物和/或聚酰胺共聚物的混合物。聚酰胺均聚物或共聚物特别是聚酰胺6，聚酰胺6.6，聚酰胺6.12，聚酰胺4.6，聚酰胺11，聚酰胺12或基于聚酰胺6/12的共聚物。优选地，非织造物的第一聚合物组分的熔融温度为180至250℃。
在一个有利的实施方案中，非织造物的第二聚合物组分的熔融温度为80至140℃。对于非织造物的第二聚合物组分，可以使用熔点在该范围内的常规聚合物，例如低熔点聚酰胺均聚物或共聚物，以及这些聚合物的共混物，聚烯烃，特别是聚乙烯(例如PE-LLD，PE-HD)，共聚酯，乙烯-乙酸乙烯酯，三元共聚物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或聚羟基醚。
在这种情况下，在优选的实施方案中，第二聚合物组分可溶于环氧，氰酸酯或苯并恶嗪基质树脂或这些基质树脂的混合物中。此外，在这种情况下，特别有利的是，第二聚合物组分是在这些基质树脂的交联中与环氧化物，氰酸酯或苯并恶嗪基质树脂化学反应的聚合物。然后，第二聚合物组分特别优选是聚羟基醚，其尤其在环氧树脂，氰酸酯树脂或苯并恶嗪树脂中已经存在，在由本发明的单向织物制成的纤维预成型件被这些基质树脂渗透期间，即树脂注入法期间，并完全溶解在树脂体系中，与基质树脂一起形成基质树脂体系。但是，如上所述，第一聚合物组分不溶解在基质体系中，并且在树脂注入方法期间和之后以及在基质体系固化之后均作为单独的相保留。
根据类似的优选实施方案，第二聚合物组分不溶于环氧，氰酸酯或苯并恶嗪基质树脂或这些基质树脂的混合物中。在这种情况下，非织造物的第二聚合物组分可以是例如低熔点聚酰胺均聚物或共聚物，或它们的共混物，或聚烯烃，尤其是聚乙烯(例如PE-LLD，PE-HD)，共聚酯，乙烯乙酸乙烯酯，或三元共聚物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。
在具有第一和第二聚合物组分的非织造物中，当非织造物的第一聚合物组分的熔融温度在180至250℃的范围内，而非织造物的第二聚合物组分的熔融温度在80至140℃的范围内时，则特别有利。
第一聚合物组分特别优选在高于所用基质树脂的固化温度下熔融。以这种方式，尽管将第一聚合物组分掺入基质材料中，但是它总是在固化的基质树脂中形成其自身的相。由第一聚合物组分形成的该分离相有助于固化，并且在随后的组件中，有助于限制裂纹的扩展，因此有助于提高抗冲击性或对其至关重要。
当非织造物在纤维预成型件的制造过程中具有第一较高熔点的聚合物组分和第二较低熔点的聚合物组分时，则当加热到高于第二聚合物组分的熔融温度但低于第一聚合物组分的熔融温度的温度时，可以实现单向织物相对于彼此的移动。非织造物的熔融第二组分用作一种润滑剂，因此在形成预成型件的方法期间，增强线的各层可滑入所需位置。当预成型件被冷却时，第二聚合物组分然后充当热熔粘合剂并将增强层固定在它们的位置。
在随后的纤维预成型件被基质树脂渗透中，其通常在高于第二组分的熔融温度但低于第一组分的熔融温度的温度下进行，通过非织造物的较高熔点第一聚合物组分确保对基质树脂的良好渗透性。如果根据上述优选实施方案之一的第二聚合物组分可溶于基质树脂中，则该组分优选完全溶解在基质树脂中，因此失去与基质树脂分开的相的身份。因此，第二聚合物组分的比例因此可归因于基质材料，而待渗透的基质树脂的比例可通过第二聚合物组分的比例而降低。结果，可以调节所得组件中增强纤维的高纤维体积分数，因此可以保持高水平的机械强度特性。在特别优选的实施方案中，在基质树脂，即环氧，氰酸酯或苯并恶嗪树脂的固化温度下，第二聚合物组分通过交联反应与固化基质树脂化学反应，成为均质基质的组成部分。
如果第二聚合物组分不溶于环氧树脂，氰酸酯或苯并恶嗪基质树脂或这些基质树脂的混合物中，则如上所述，第一聚合物组分还用于使基材层彼此相对移动，使得在形成预成型件的方法期间，增强线的各层可以滑入所需的位置，然后可以作为热熔粘合剂作为预成型件冷却，从而将增强层固定在适当的位置。然而，在基质树脂渗透并随后固化时，其相对于基质树脂的独特相的身份得以保留，因此，在这种情况下，第二聚合物组分以及第一聚合物组分降低了裂纹的传播，例如有助于提高抗冲击性。
在非织造物具有较高熔融温度的第一聚合物组分和较低熔融温度的第二聚合物组分的优选情况下，非织造物可以由相应聚合物组分的单组分纤维的混合物组成，即可以成为混合非织造物。但是，非织造物也可以由双组分纤维制成，例如芯鞘纤维，其中纤维的芯由熔点较高的第一聚合物组分组成和鞘由熔点较低的第二聚合物组分组成。当用这种混合非织造物或双组分非织造物加工单向织物以形成纤维预成型件时，例如，预成型件还需要在高于熔点较低的非织造组分的熔点但低于熔点较高的非织造组分的熔点的温度下变形期间，在适当的热施加下使单向织物变形，以实现良好的可变形性，以及冷却后变形织物的良好稳定性和固定性。与双组分纤维的非织造物类似，非织造物也可以例如由第一聚合物组分的纤维的无规层构成，而第二聚合物组分例如通过被喷涂或涂覆施加在第一聚合物组分的纤维上。涂覆可以例如通过用第二聚合物组分的分散体或溶液浸渍来进行，然后在浸渍之后除去分散体或溶剂的液体部分。由第一聚合物组分的纤维构成的非织造物也可以以介于第一聚合物组分的纤维之间的细颗粒的形式包含第二聚合物组分。
优选地，包括第一和第二聚合物组分的非织造物是混合非织造物，即具有不同熔融温度的单组分纤维的混合物的非织造物。如所述，特别优选地，具有较高熔融温度的第一聚合物组分的熔融温度为180至250℃。在这样的温度下，由第一聚合物组分组成的非织造物部分仅在高于基质树脂注射中通常遇到的温度以上熔融。因此，由于第一聚合物组分在树脂注射温度下不熔融，因此在此阶段确保了单向织物的良好尺寸稳定性。
关于使用本发明的单向织物生产的复合组件的性能，特别是关于它们的冲击强度和它们的基质含量，有利的是，非织造物包含比例为60％至80重量％的第一聚合物组分和比例为20-40重量％的第二聚合物组分。总的来说，存在于单向织物中的非织造物的基重优选为3至25g/m2，特别优选基重为5至15g/m2。
非织造物优选具有垂直于非织造物的主延伸方向测量的厚度，该厚度小于60μm，更优选小于30μm，特别优选在10至30μm的范围内，根据DIN EN ISO 9073-2测量。
特别地，在单向织物的非织造物仅具有熔点温度较高的聚合物组分的情况下，即，例如，仅其熔融温度在180至250℃范围内的聚合物组分的情况下，在优选的实施方案中，单向织物，复丝增强片的至少一个表面还包含粘结材料的线，其主要组分是热塑性聚合物或基于双酚A在室温下为固体的环氧树脂，并被不连续地施加到复丝增强线的片层上并粘结到复丝增强线上。不连续的施加应理解为是指在表面上以点状，线性或以任何其他方式施加粘结材料，而没有粘结材料的封闭层。优选地，粘结材料的存在浓度为复丝增强线的基重的1至5重量％。
在单向织物的特别优选的实施方案中，粘结材料可以基于粉末材料并且以点状的方式被施加到复丝增强线的平面层上。这可以通过将粉末状的粘结材料撒到彼此平行布置的复丝增强线的层的表面上并通过熔融将其固定在表面上来实现。
作为粘结材料的热塑性聚合物，聚乙酸乙烯酯，聚碳酸酯，聚缩醛，聚苯醚，聚苯硫醚，聚烯丙酯，聚酯，聚酰胺，聚酰胺酰亚胺，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚砜，聚醚砜，聚醚醚酮，聚芳酰胺，聚苯并咪唑，聚乙烯，聚丙烯或乙酸纤维素可以优选使用。
优选地，粘结材料的熔融温度在80至120℃的范围内。通过加热到高于粘结材料的熔融温度的温度并随后冷却以将它们彼此固定在一起，粘结材料可以独自具有在制造纤维预成型件中连接单向织物的连续层的任务。另外，粘结材料可以有助于纤维预成型件的稳定，例如，在形成纤维预型件时单向织物层的变形。然而，最后，还可以选择粘结材料以有助于改善由纤维预成型件制成的复合组件的机械性能，例如改善组件的抗冲击性。为此目的，如果粘结材料是具有高韧性的热塑性材料，或者这种热塑性聚合物与基于双酚A在室温下为固体的环氧树脂的混合物，则是有利的。
由于其特定的结构，该单向织物的特征在于，基底层在纤维预成型件或预成型件中具有良好的悬垂性和固定性，并且在用于制造预成型件的组件的树脂渗透中具有良好且可调节的渗透性，提供高机械强度和高抗冲击性的组件。因此，本发明尤其还涉及一种纤维预成型件或一种用于制造复合组件的预成型件，其包括根据本发明的单向织物。
通过将复丝增强线与横向线以及任选地同时与非织造物和任选地与粘合剂化合物形式的粘结材料组合，单向织物获得了高度的尺寸稳定性，这是因为通过粘合剂结合获得复丝增强线彼此相对的优异粘合性。因此，不仅可以得到其中复丝增强线为彼此相邻且彼此平行的直线形的单向织物，而且还可以获得具有弯曲形状的单向织物。因此，优选的实施方案涉及一种单向织物，其中相互平行并置的复丝增强线的至少一个平面层具有弯曲轮廓，其中复丝增强线平行于弯曲轮廓的圆周方向布置，并且每根复丝增强线独立地遵循弯曲轮廓的圆周方向的相关轨迹，而每根复丝增强线的轨迹具有共同的曲率中心。
在这种具有弯曲形状或轮廓的单向织物中，复丝增强线平行于沿着弯曲轮廓的圆周方向的方向(0°方向)延伸。不同于其中复丝增强线彼此相邻且平行布置并且具有笔直的直线走向的层，具有弯曲轮廓的单向织物中的复丝增强线也彼此相邻且平行地布置，但是处于具有共同曲率中心的不同弯曲轨迹上。这里的横向线也沿横穿复丝增强线并且横向于复丝增强线的方向延伸。由于高度的尺寸稳定性并且由于本发明的单向织物的构造，特别是通过两个组分的芯鞘结构的横向线以及在随后的纤维预成型件或复合组件的加工步骤中，保持了该弯曲轮廓。在这种情况下，在具有非织造物的单向织物中获得了进一步的稳定性，其中热塑性聚合物材料的非织造物包括具有上述性能的第一聚合物组分和第二聚合物组分。
本发明的另一个目的涉及一种用于生产复合组件的纤维预成型件，其中，如上所述，该纤维预成型件是通过纺织品单向织物来生产的。
将通过实验和附图描述本发明。
图1示意性地显示了具有每厘米0.8线的斜纹编织3/1的单向织物。图1A显示了这种织物的视图。
图2示意性地显示了单向织物。图2A示意性地显示了具有每厘米3.0线的平纹编织1/1的单向织物的视图。图2B示意性地显示了单向织物中通道的形成的详细表示。
图1显示了具有每厘米0.8线的斜纹编织3/1的单向织物1的示意图。复丝增强线2作为带状线存在。横向线3在箭头B的方向上与复丝增强线2交织，其中交织对单向织物1的稳定性没有显着贡献。单向织物1通过将横向线3胶合到复丝增强线1上而得以稳定。
图1A显示了根据图1的单向织物1的视图。在该视图中，可以显示通道4，因为在通道4的位置处，光穿过单向织物1并且变得可见为亮条纹。复丝增强线2沿箭头A延伸。复丝增强线2置于穿过横向线3的结合点处，从而形成通道4。如果需要渗透性，一些通道4可以形成大的通道。然而，图1A清楚地表明，通道4仅可以非常局部地存在于单向织物1中。特别地，这使得可以在单向织物1内设置低渗透率或设置不同的渗透率区域。
图2示意性地显示了单向织物1的复丝增强线2的线型。在图示中，单向织物1的单层被显示为相距一定距离，其中通道4不能被该距离识别。
图2A示意性地显示了复丝增强线2与横向线3的交织的细节。复丝增强线2通过横向线3与其交织，在单线织物1中的结合点处，形成通道4(或通道或间隙)，基质材料可以通过该通道或间隙流入单向织物1。单向织物的渗透性可以通过单向织物1中的通道4的数量来调节。单向织物1中的通道4的数量可以特别好地基于在横向线3与复丝增强线2交织期间的结合以及横向线纤度的选择调节。通过选择性地选择横向线纤度，将复丝增强线2稍微移至复丝增强线的层的位置以形成单个通道4。在大部分线长度上，通道4不沿着线传播方向延伸(箭头A)。而是，通道4仅非常局部地出现在复丝增强线2和横向线3之间的结合点处。
图2B以透视图示意性地显示了具有每厘米3.0线和平纹编织1/1的单向织物1。在此特定情况下，通道4已合并为大通道，以实现高渗透性。然而，由于将芯鞘线用作横向线3，所以尽管现在在透明视图中显示了大通道，但用基质树脂渗透的层仍可以仅具有小通道4。该效果可以通过在渗透期间横向线3的第一组分熔化并且因此在渗透期间关闭通道4来实现。在这种情况下，复丝增强线2可以再次向后移，使得通道4变小。
图1中通过编织的结合明显小于图2中通过编织的结合。因此，图1显示了与图2相比较不密集编织的单向编织1。然而，可以清楚地看出与图1的单向织物相比，图2的单向编织1中形成更多的通道数量以及更大(更长)的通道。结果，与牢固的粘合(通过将横向线3与复丝增强线2交织而实现)相比，松散的粘合导致的渗透性较低。
将通过实施例更详细地描述不同渗透率的设置。
E IMS65 E23 24K 830tex线在所有测试中均被用作构造单向织物的复丝增强线，其平横截面约为7mm(所谓的带状线)。设定的纤维表面重量导致单向织物中带宽度约为3mm。
所有测试均在单向织物(UD)上没有其他非织造物的情况下进行。可能的非织造物在结构上可能是如此开放，以至于对渗透性没有影响。
为了制造单向织物，将复丝增强线与横向线交织。在实施例1中，为单向织物UD 2至UD 3选择了相同的粘合类型但纬线密度不同(参见表1)。在实施例2中，UD 4和UD 3以及UD 5和UD 6的区别在于所用纬线的纤度不同(表2)。以下线用于横向线：
1. 20tex-EMS-Grilon C-85型
2. 29tex芯：玻璃Vetrotex EC-5 5.5tex+2xEMS Grilon K-110缠绕
3. 35tex芯：玻璃Vetrotex EC-5 11tex+2xEMS Grilon K-110缠绕
根据测试标准EN ISO 9237测量由此形成的单向织物的透气度，其中使用200Pa的气压。结果直接给出了所研究的单向织物的渗透性。
实施例1：相同的纬线(横向线)，粘结的变化
表1
Figure BDA0002250218280000181
实施例2：粘结相同，纬线(横向线)的变化
表2
Figure BDA0002250218280000182
单向织物的粘结被理解为是指粘结类型和每厘米纬线数量的组合。
从实施例1中可以清楚地看到，与更强的斜纹编织相比，松散的平纹编织改善单向编织的渗透性。当对UD 2和UD 3使用相同类型的粘结时，每厘米的纬线数量决定了单向织物的编织密度。使用较致密的单向织物(UD 3与UD 2相比)，透气性以及因此渗透性都明显更高。
实施例2表明，具有相同类型的粘结和每厘米相同的纬线比例的纬线的细度变化也导致渗透率的变化。通常，所有实施例都表明可以调整单向织物的渗透性。所需的渗透性可能受到复丝增强线与横向线的交织，以及横向线的细度和横向线的芯鞘结构的影响。令人惊讶且完全预料不到的是，已经显示紧密编织的单向织物比松弛编织的单向织物具有更高的渗透性。

Claims (17)

1.制造纺织品单向织物(1)的方法，其中相互平行并置的复丝增强线(2)的至少一个平面层与横向线(3)交织，其中使用具有芯鞘结构的横向线作为横向线(3)，其中横向线(3)包括构成鞘的第一组分和构成芯的第二组分，其中第一组分的熔融温度低于第二组分的熔融温度，并且其中第一组分是可熔融的热塑性聚合物材料，并且其中横向线(3)的第一组分与并置的复丝增强线通过熔融粘合在一起，横向线具有根据EN ISO 2060:1995测量的10至40tex的线密度，并在由并置的复丝增强线(2)制成的平面位置内将横向线(3)与复丝增强线(2)交织，其中可以调节通道(4)得到根据EN ISO 9237测量的10至600l/dm2/min的渗透率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，热塑性聚合物材料的非织造物布置在所述复丝增强线(2)的至少一个平面层上，并且粘结到所述复丝增强线(2)的平面位置。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，设置大于25l/dm2/min，更优选地50l/dm2/min以上的渗透率，和/或基本上仅在复丝增强线(2)和横向线(3)交织的结合点区域内形成通道(4)。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述横向线(3)与所述复丝增强线编织，以优选地以斜纹或平纹编织形成所述纺织品单向织物。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，具有0.8至3.0Fd/cm的斜纹编织3/1，具有0.8至3.0Fd/cm的斜纹编织3/1，具有0.8至3.0Fd/cm的斜纹编织2/1，具有0.8至3.0Fd/cm的平纹编织1/1和/或具有0.8至3.0Fd/cm的平纹编织1/1用于粘合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将具有在70至150℃范围内的熔融温度的组分用作所述横向线(3)的第一组分。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，横向线(3)的第一组分是聚酰胺均聚物或聚酰胺共聚物，或聚酰胺均聚物和/或聚酰胺共聚物的混合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将具有高于200℃的熔融温度的组分用作所述横向线(3)的第二组分。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用玻璃或聚酯作为所述横向线(3)的第二组分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据EN ISO 2060:1995测量，使用的横向线(3)的纤度范围为15至35tex，更优选为20至25tex。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用具有3至25g/m2的基重的非织造物作为非织造物。
12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，垂直于所述非织造物的传播方向测量的具有根据DINISO 9073-2测量的小于60μm，优选小于30μm，更优选小于10μm的厚度的非织造物用作非织造物。
13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用具有第一聚合物组分和第二聚合物组分的非织造物作为所述非织造物，其中所述第一聚合物组分的熔融温度低于横向线(3)的第二组分的熔融或分解温度，并且不溶于环氧，氰酸酯或苯并恶嗪的基质树脂或这些基质树脂的混合物，其中第二聚合物组分的熔融温度低于第一聚合物组分的熔融温度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，碳纤维，玻璃纤维或芳族聚酰胺线或超高分子量(UHMW)线用作复丝增强线(2)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所使用的复丝增强线是具有根据JIS R-7608测量的至少5000MPa的强度和根据JIS R-7608测量的至少260GPa的拉伸模量的碳纤维线。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，相互平行并置的复丝增强线(2)的所述至少一个平面层具有弯曲的轮廓，其中复丝增强线(2)平行于弯曲轮廓的圆周方向布置，和每个复丝增强线(2)遵循弯曲轮廓的圆周方向，同时各个复丝增强线(2)的轨迹具有共同的曲率中心。
17.用于生产复合组件的纤维预成型件，其特征在于，其包括根据权利要求1至16中任一项制备的纺织品单向织物(1)。
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