CN112203827A - 液体基质剪切压力浸渍器应用 - Google Patents

Abstract

描述了以下系统和方法，其中：体积102，所述体积在入口处接收液体基质108和纤维112，在所述入口处所述体积102的相对侧104、106会聚以形成间隙110；以及移动表面106，所述移动表面与所述液体基质108和所述纤维112接触并且相对于所述液体基质108和所述纤维112移动通过所述间隙110，使得剪切力被传递到所述液体基质108和所述纤维112，从而推动所述液体基质108和所述纤维112向前通过所述间隙110，在所述液体基质108中产生液流并且增加压力。所述体积102内的所增加压力形成对所述液体基质108内的夹带气体的屏障，使得抑制所述夹带气体与所述液体基质108和所述纤维112一起通过所述间隙110。

Description

液体基质剪切压力浸渍器应用

1.技术领域

本发明的实施方案涉及纤维增强复合材料的连续制造，特别是呈片材形式的纤维增强复合材料。本发明的实施方案涉及使用来自与液体接触的移动表面的剪切力以及约束装置来产生材料通过的升高的压力的区。升高的压力抑制夹带的空气和/或其他气体通过浸渍而跟随液体和纤维，从而将它们从产品中排除并改善了浸润。此外，由这些剪切力产生的液流可使悬浮的纤维和填料在最终产品中分布得更均匀。

在其中液体可以维持高剪切力的情况下，与液体接触的表面可以非常快速地移动，以在高压和强液流下强力地浸润纤维。然而，相同的概念可用于在较低压力下将纤维温和地浸渍在无法维持高剪切力的液体或固体中。此方法在生产期间不使用与复合材料的直接机械接触，这可能会使纤维降解。

2.背景技术

在复合材料生产中，将纤维增强材料和液体基质组合在一起以形成均匀的材料。应最小化或去除空隙(诸如空气气泡)，如应最小化或去除其他不均匀性，所述其他不均匀性诸如可能出现在悬浮在基质中的固体的分布(如果存在的话)中或在其中纤维增强材料不连续的纤维分布本身中。虽然复合材料有时用直接搅拌(如利用机械混合器)制成，但通常不使用此类方法，因为它们会损坏和削弱纤维增强材料，并且它们在连续纤维增强材料的情况下是不可行的。相反，通常将复合材料制成片材形式，这实现了更温和的浸渍装置并且考虑到连续增强材料。

空气通常最初被夹带在基质中或由纤维带入。空气排除在基质具有低粘度并且纤维含量低时更简单，而其在更粘稠的基质和更高纤维含量的情况下变得更困难。悬浮在基质中的固体通常会使其更粘稠，从而使空气去除更困难。而且，纤维可阻止悬浮固体完全渗透，从而使固体分布不均匀。然而，就性能和经济性而言，通常可能需要更粘稠的基质、更高的纤维含量和悬浮固体。

存在许多用于形成和浸润呈片材形式的纤维增强塑料(FRP)材料的技术，并且在下文详细列举一些更重要的技术。虽然这些技术具有很大的价值，但是它们都受限于基质的粘度或纤维的比例以及可在良好浸渍的情况下添加的其他固体。

用于复合材料浸渍的第一技术是将纤维浸入浴中，并且通过限制装置(诸如衬套、模具或压延辊)挤出多余的树脂。这种技术的一个示例是拉挤成型，其中将纤维浸入树脂中，并且然后将纤维牵拉通过加热的模具以形成恒定横截面部分。另外，细丝缠绕、预浸料处理器和许多其他工艺也可利用此第一技术。这种方法也用于用PTFE浸渍玻璃纤维布，其中基质具有非常低的粘度，但无法在不降解的情况下维持较大剪切力。

用于复合材料浸渍的第二技术是将基质薄层计量到塑料膜上，并且然后将纤维推入所述基质薄层中或使纤维随时间推移而沉降。第二技术在纤维增强塑料(FRP)面板制造中使用，其中将液体(通常是聚酯树脂)计量到薄层中的载体膜上，并且然后将增强材料滴加到树脂上(在短切纤维的情况下)，或者将增强材料推入树脂中(在毡或连续纤维增强材料的情况下)。将具有树脂和纤维的膜牵拉到加热床上，在那里纤维和/或毡沉降到树脂层中并被其浸润。有时，作为另外的浸润措施，将纤维温和地推入此加热床上的树脂中。在加热床的端部处，然后用轧辊将顶部膜压到其上。

用于复合材料浸渍的第三技术是使用精确研磨的加热辊来将(通常在防粘纸上的)FRP传送通过一个或多个起轧点，所述一个或多个起轧点通过这些辊将材料压靠着另外的加热辊而形成。这种技术用于由连续纤维制造预浸料。在这种情况下，通常产品比第二技术中的产品要薄得多，纤维的比例要高得多，并且一个或多个轧辊的力也要高得多。此技术用于利用连续纤维和热熔树脂制造预浸料。在此过程中，防粘纸涂覆有热熔树脂，并且用相对的防粘纸带入较薄的一排连续纤维，并且在起轧点处将所述纤维压入涂覆树脂的纸中。

用于复合材料浸渍的第四技术涉及在低压下利用槽轧辊或利用双丝网压实(dual-wire-mesh compaction)装置在两个塑料片材之间加工树脂材料。双丝网带压实装置在许多处理辊的下方和上方以蛇形路径在两个丝网带之间传送树脂材料以浸润材料。此技术用于制造片状成型料(SMC)。

用于复合材料浸渍的第五技术在TMC制造或Heinzmann技术中使用。在授予Mizutani的美国专利号3,932,980和授予Heinzmann的美国专利号4,889,429中描述了这些过程的示例，并且这些过程的示例用于制造非常类似SMC的材料。这些方法使用旋转圆筒和侧挡板将树脂基质和装料集合在一起并将它们浸渍在旋转圆筒之间的间隙中。在浸渍之后，将FRP从旋转圆筒上剥离并将其包装。用于将FRP从旋转圆筒上剥离并将其包装的方法是使这两种技术彼此区分的方法。

最近，Fram的美国专利号8,273,286公开了这样的系统和方法，其中将至少一个辊(例如，推进辊(kicker roller))用于通过在将树脂和纤维推入加压区中时从树脂和纤维中去除空气而用液体树脂(即，基质)浸渍纤维(即，装料或增强材料)。树脂和纤维首先被分配到入口区中，然后在大多数情况下，它们被吸入到与携载膜的辊相邻的“入口间隙”，并且被推入到“入口间隙”的相对侧上的加压区中。然后，树脂和纤维复合材料组合通常与膜一起通过通向大气压力的小“出口间隙”离开加压区，在压力下被推出。快速旋转的从动辊的表面与树脂之间的剪切力提供加压和驱动力。

Salazar等人的美国专利号8,915,211公开了一种用于利用(催化的)树脂浸渍纤维的双辊浸渍器。树脂被保持在两个辊的正上方，并且利用一组挡板包封以形成树脂池。可针对每个辊生成不同的树脂池。树脂释放机构有利于将树脂和(如果需要的话)催化剂释放到一个或多个树脂池中。可以控制树脂池的温度以及每个辊的温度。可以利用浸渍后催化剂活化剂来活化催化剂。

Bruessel的国际专利申请公开号WO2011/161074公开了一种用于连续生产纤维基质混合物的混合设备，所述混合设备具有两个混合单元，所述两个混合单元布置成以便彼此相对地位于基架上。混合单元中的每个混合单元具有至少两个可旋转的偏转辊，围绕所述偏转辊引导带。带为纤维基质混合物的混合间隙定界。在偏转辊之间布置用于沿着混合间隙支撑相应带的至少一个支撑元件。由此在混合间隙中生成用于混合和浸渍纤维基质混合物的成分的足够高的压力。为了从带上剥离纤维基质混合物，准备了卸料单元，所述卸料单元具有两个卸料元件，所述卸料元件与带相关联并具有相关联的剥离边缘。混合设备可以生产混合物原丝，可以将所述混合物原丝进一步直接加工为SMC半成品。

在本领域中需要用于扩大可以连续制造的复合材料的范围的设备和方法。这种设备和方法应以更强力的方式将纤维和基质组合起来，以排除空气并使产品均匀。同时，它们可能不会机械地降解纤维增强材料。还需要这种系统和设备比现有系统更廉价且以比现有系统更高的生产率进行操作。满足这些需求可以导致生产某些材料，所述材料优于目前生产的那些材料，具有诸如重量更轻、强度更大、成本更低等的优点。

发明内容

本发明的实施方案的关键要素集中在FRP制造中的剪切力如何产生使产品更均匀并分离出夹带空气的液流和压力梯度。虽然未进行一般讨论，但是这些剪切力及其所得的液流和压力梯度总是存在于现有的用于生产复合材料的过程中；对在此呈现的它们的功能的理解是新颖的并且是本技术的重要方面。然而，在某些情况下，这种剪切力会使基质降解。因此，重要的是配置浸渍以优化剪切力的使用。

作为这种新颖理解的一部分，在本说明书中采用术语“压力屏障”，即通过浸渍过程防止空气跟随FRP的屏障。另外，还采用术语“浸渍压力”，该压力是FRP通过“压力屏障”获得的通常相对于大气压力的压力。“浸渍压力”可直接测量。“压力区”是生产线中处于“浸渍压力”的FRP的体积。为了维持压力(并且还为了防止FRP中的液流的耗散)，必须基本上包封“压力区”。一般来讲，FRP通过“入口间隙”进入“压力区”，并且通过“出口间隙”离开“压力区”。实际上，由任何点处的压力变化引起的夹带空气气泡上的力大致与FRP中的压力梯度成比例，并且在该点处力沿相反方向，也就是说，定性地，该点处的压力变化除以该压力变化的距离。

在本说明书中，术语“线速度”用作参考点，意指生产复合材料的线性速度。在具有不拉伸的连续纤维增强材料的复合材料的情况下，“线速度”简单地是纤维增强材料在复合材料生产中的速度，并且其与在线中的位置无关。在其他情况下，当产品在生产中为弹性时，“线速度”将随着拉伸而增加，因此它随着线中的位置而变化。术语“快速移动”在此意指比“线速度”移动得快得多。

在此专利呈现的大多数实施方案中，存在与基质或FRP接触的“快速移动”表面。这些表面是从动圆柱辊的表面，我们将其称为“剪切泵辊”，因为它们泵送FRP，即对FRP进行加压并使其移动，通过在其上施加剪切力而在其中产生速度在“快速移动”表面的范围内的液流。然而，通过将装备配置成具有固定表面，其中膜在一个表面上滑动，也可以完全实现良好的浸润。在这种情况下，膜(以线速度移动，而不是快速移动)是与材料接触的唯一移动表面。因此，虽然存在使用高剪切力开发新材料的潜力，但是显然较低的速度和剪切力也可能是有用的。

描述了其中在纤维增强复合材料的浸渍中使用“剪切泵辊”的系统和方法。在一些情况下，短切纤维可能会悬浮在基质中并随基质一起行进。在其他情况下，毡或连续纤维增强材料与基质一起被牵拉通过浸渍过程，并且与基质一起离开。

本发明的典型设备实施方案可用于制造具有连续或不连续纤维增强材料的FRP。其由浸渍器设备构成，该浸渍器设备包括彼此平行地设置的一对辊，其中在每侧上具有挡板，并且在两侧之间具有间隙，即“入口间隙”，其中所述一对辊中的至少一个辊(称为“入口辊”)包括“剪切泵辊”。所述一对辊中的另一个辊(称为“入口-出口”辊)可以是携载膜以线速度通过的未受驱动的惰辊，或者是不与膜接触的另一个“剪切泵辊”。在“入口间隙”的另一侧，存在基本上包封的体积，即“压力区”，该“压力区”由“入口辊”、“入口-出口辊”、侧挡板、抵靠着“入口辊”作用的刮除器以及平行于初始的一对辊的“载体辊”限制。“出口间隙”是“载体辊”与“入口-出口辊”之间的间隙。在此实施方案中，装备被设计成使得其可以被快速打开和拆卸以进行清洁。

在以上实施方案中，需要至少一个膜来防止FRP在缠绕成卷时自身粘结。对于不连续的纤维增强材料，还需要膜来正好携载FRP，因为其无法支撑自身。膜可以通过“载体辊”通过FRP一侧的“压力区”，或者如果“入口-出口辊”是惰轮，则它可以带动膜通过FRP另一侧的“压力区”。当“载体辊”带动膜通过“压力区”时，膜通过“膜间隙”进入“压力区”，膜间隙是“载体辊”与刮除器安装件之间的狭窄间隙。当“入口辊”或“载体辊”中的任一者未带动膜时，“入口辊”或“载体辊”需要刮除器以将FRP保持在一起并防止FRP粘结到辊并且跟随辊到各处。当这些辊带动膜时，或者如果它们是固定的，则它们不需要刮除器。

在上述实施方案中，当“入口-出口辊”是用于带动膜通过“压力区”的惰辊时，其必须比膜宽，并且侧挡板必须与“入口-出口辊”的表面具有小间隙，从而允许膜不受阻碍地进给通过“压力区”并离开“出口间隙”。

在上述实施方案中，当“入口辊”和“入口-出口辊”两者为“剪切泵辊”时，“压力区”中存在的唯一膜是在“载体辊”周围通过的膜。然而，第二膜可以在“出口间隙”之后被压入产品中以用于包装。

在上述实施方案中，当仅需要低的浸渍压力时，浸渍器可以打开，如最初仅旨在用于清理，从而去除了入口间隙。这是在第一实现方式中完成的，并且入口和入口-出口辊保持固定。在这些辊固定的情况下，在任何辊上都不需要刮除器，并且去除了入口-出口辊上的刮除器。入口辊上的“刮除器”保持在原位，即使其实际上并未进行刮除而只是为了封闭基质。

本发明的另一个设备实施方案包括浸渍槽设备，所述浸渍槽设备包括：一对平行的从动“剪切泵辊”，在他们之间具有间隙；或者单个“剪切泵辊”，在其表面与平行隔板之间具有间隙。将它们浸入树脂基质的槽中，其中侧挡板也浸入其中。纤维增强材料在侧挡板之间通过间隙。在此实施方案中，纤维增强材料必须是连续的。在侧挡板和刮除器浸入基质中的情况下，尽管它们必须形成对基质通过的有效屏障，但它们不必完全密封，因为任何可能泄漏的基质都无害地返回到槽中。而且，由于相同的原因，与第一实施方案不同，侧挡板之间的距离可以大于产品宽度。在槽底部需要惰辊来使FRP转向。

在一组实例中，在“入口间隙”下方形成“压力区”，其中一个或多个刮除器抵靠着一个或多个“剪切泵辊”。在两个“剪切泵辊”的情况下，“出口间隙”位于两个刮除器之间。在单个“剪切泵辊”的情况下，“出口间隙”位于刮除器与隔板之间。

在另一组实例中，去除了刮除器和“出口间隙”，去除了“入口间隙”下方的“压力区”，从而降低了给定“剪切泵辊”旋转速度的“压力屏障”。虽然在此实例中不存在包封的“压力区”，但在两个“剪切泵辊”之间的“入口间隙”中存在升高的压力，因为与可以通过间隙的基质相比，更多的基质被推向此间隙。因此，仍然存在“压力屏障”。此第二实例比第一实例更简单，因此在一些情况下它可能更可靠，并且通过调整一个或多个辊的速度和它们之间的间隙，可在很宽的范围内调整压力屏障。

在另一个更简单的实例中，可能适用于只能承受非常有限量的剪切力的基质，两个未受驱动的辊通过与纤网接触而旋转。这些辊之间的间隙是可调整的，从而利用与辊之间的间隙相反地变化的压力来调整压力屏障。

一个示例性实施方案包括复合材料处理设备，所述复合材料处理设备包括：体积，所述体积在入口处接收液体基质和纤维，在所述入口处所述体积的相对侧会聚以形成供所述液体基质和所述纤维通过的间隙，并且至少一个圆柱形表面形成所述体积的所述相对侧中的一者和所述间隙；以及移动表面，所述移动表面与所述液体基质和所述纤维接触并且相对于所述液体基质和所述纤维移动通过所述间隙，使得剪切力被传递到所述液体基质和所述纤维，从而推动所述液体基质和所述纤维向前通过所述间隙，在所述液体基质中产生液流，并且在朝向所述间隙的前向方向上增加所述体积内的所述液体基质中的压力。所述体积内的所增加压力形成对所述液体基质内的夹带气体的屏障，使得抑制所述夹带气体与所述液体基质和所述纤维一起通过所述间隙。在一些实施方案中，所述液体基质包括粘性液体基质，其中所述粘性液体基质的粘性比水的粘性至少高一个数量级。所述纤维可以包括短切纤维或连续纤网，诸如短切原丝毡、编织粗纱或连续平行纤维。

在另外的实施方案中，可在所述至少一个圆柱形表面与第二圆柱形表面之间形成所述体积。所述第二圆柱形表面可以在固定辊上，并且所述移动表面可包括膜，所述膜沿着所述至少一个圆柱形表面移动通过所述间隙。所述纤维可包括毡，所述毡与所述液体基质一起进入所述入口，并且与所述液体基质和所述膜一起通过所述间隙。

在一些实施方案中，所述移动表面可以是从动辊的表面。所述从动辊的所述表面也可以是所述至少一个圆柱形表面。所述从动辊可以是彼此平行地设置以在两者之间形成所述间隙的一对辊中的一个辊。在所述间隙之后的所述液体基质的第二体积可以由所述一对辊、刮除器、侧挡板和载体辊包封，并且在所述一对辊中的一个辊与所述载体辊之间形成所述液体基质从所述第二体积离开的出口。可以包括膜以进入所述一对辊中的一个辊上的所述间隙，并且通过围绕所述载体辊的所述出口。在一些情况下，所述一对辊都可以是从动的。第二膜可以通过所述载体辊与所述刮除器之间的膜间隙进入所述第二体积，并且与所述膜一起在所述出口处夹持所述液体基质和所述纤维。

实施方案还可包括所述体积的每侧上的挡板，所述挡板保持所述液体基质从所述入口移动通过所述间隙而不从每侧逸出。所述体积的每侧上的所述挡板中的每个挡板可限制辊的端部和第二辊的圆柱形表面。所述挡板中的每个挡板可在其自身与第二辊的所述圆柱形表面之间具有膜间隙，以允许膜经过每个挡板但阻挡所述液体基质。

在一些实施方案中，所述设备可以设置在填充有所述液体基质的槽中。所述移动表面可包括从动辊的表面，并且所述至少一个圆柱形表面是所述从动辊的浸入所述槽中的所述液体基质中的所述表面，并且被设置成邻近第二表面，从而在两者之间形成所述间隙，并且从动辊的每侧上的挡板和所述第二表面将所述辊之间的所述液体基质限制到所述间隙中，并且所述纤维与所述液体基质一起连续地通过所述间隙。在一些情况下，所述第二表面可包括第二从动辊。替代地，所述纤维可以是连续的，并且被牵拉到所述槽的外部以接触并由此驱动一对惰辊，使得所述移动表面包括所述一对惰辊的至少一个表面，并且所述至少一个圆柱形表面是所述一对惰辊的所述至少一个表面，所述一对惰辊浸入所述槽中的所述液体基质中，并且彼此平行地设置，从而在两者之间形成所述间隙，并且在所述一对惰辊的每侧上具有挡板，以将所述惰辊之间的所述液体基质限制到所述间隙中，并且通过调整所述一对惰辊中的至少一个惰辊相对于另一个惰辊的位置来改变所述间隙。

附图说明

图1A示出了本发明的浸渍器实施方案，其采用单个“剪切泵辊”和单个膜。

图1B示出了一种双膜、单“剪切泵辊”浸渍器，其具有用于计量基质的刮片(doctorblade)和用于计量和短切纤维的切碎机。

图2A示出了本发明的浸渍器实施方案，其采用两个“剪切泵辊”和用于引入不连续纤维的切碎机，其中在浸渍器的右侧进入浸渍器的单个膜由“载体辊”引入“压力区”中。

图2B是图2A中的浸渍器的等轴视图，其示出为无切碎机，因此在此视图中，增强材料也可以是连续的毡。

图3A和图3B以横截面示出了本发明的浸渍器实施方案，其采用两个“剪切泵辊”和一个载体膜。毡用于增强材料。

图3C、图3D和图3E是与图3A和图3B所示相同的单元，但其中第二膜在经过“出口间隙”后被压入FRP中。

图3F是打开以用于低压浸渍的相同单元；该单元包括用于引入编织粗纱的引导装置，该引导装置防止编织粗纱起皱以及阻塞装备。

图3G是简化装备的示意图，其将如图3F中那样起作用，但去除了图3G中不使用的从动辊。

图4A至图4C示出了本发明的浸渍槽实施方案，其具有两个剪切压力辊和惰辊，并且无“压力区”。

图5A是图4A的剖视图，其示出了树脂在“剪切泵辊”在推动基质向前的意义上彼此相反地旋转时的情况。

图5B与图5A相同，但其中添加了具有两个刮除器的压力区。

图5C与图5B相同，其中标签示出不同的功能元件。

图5D是无标签的图5C的放大图。

图5E是具有压力室的特写的相同配置。

图5F是其中单个“剪切泵辊”抵靠着隔板而不是另一个“剪切泵辊”作用的配置。剪切泵辊被示出为逆着纤维增强材料的移动方向旋转。

图5G是与图5F所示相同的配置，其中剪切压力辊在推动基质向前的意义上旋转。

图5H与图5G相同，但其中压力室具有一个刮除器。

图5I是图5H的等轴视图。

图5J是图5H的详细剖视图，其示出了“剪切泵辊”、隔板和具有刮除器和“出口间隙”的“压力区”。

图6A至图6H示出了本发明的浸渍槽实施方案的八种可能的配置。

图7示出了简单的低剪切浸渍器的示意图，该浸渍器仅具有惰辊，无从动辊，但具有侧挡板和可调整间隙，以将剪切力控制在低范围内。

具体实施方式

1.概述

以引用方式并入本文的Fram的美国专利号8,273,286公开了这样的系统和方法，其中将至少一个辊(例如，推进辊(kicker roller))用于通过在树脂和纤维进入加压区时从树脂和纤维中去除空气而用液体树脂(即，基质)浸渍纤维(即，装料或增强材料)。随着树脂首先被吸入辊的入口区，然后进入与辊相邻的“入口间隙”，并且然后进入辊的相对侧上的“压力区”，空气被挤出。“压力区”是辊的输出侧处的包封区域。然后，通过小“出口间隙”挤出树脂和纤维组合。快速旋转的从动辊的表面与树脂之间的剪切力提供了对基质加压的驱动力。纤维可以是连续的(例如，来自辊的毡)或不连续的，例如，松散切割的。

然而，现有技术的系统和方法没有提供允许更好地封闭和密封入口区和“压力区”的改进，这种更好的封闭和密封增强“浸渍压力”并使FRP中的液流集中。另外，上面的Fram的压力浸渍器仅描述了一个采用两个推进辊(从动辊)的实施方案，这两个推进辊都不支撑膜。没有办法将膜直接带入“压力区”中。

描述了这样的系统和方法，其中至少一个移动表面连同侧隔板和其他约束装置(诸如隔板、刮除器和其他一个或多个辊)通过在基质上施加剪切力以在其中生成液流并通过强推它而对其进行加压来用液体树脂基质浸渍纤维(即装料或增强材料)，其中纤维进入具有与圆形表面(例如，从动、空转或固定辊)的间隙的会聚体积中。空气从所得的复合材料中去除，被所得的“压力屏障”排斥，并且液流用于搅动所得的复合材料，从而使其更加均匀，在基质与纤维增强材料之间具有更紧密的接触。纤维可以是连续的(例如，来自辊)或不连续的或松散切割的。

本发明的实施方案使用剪切力在基质中生成压力梯度和液流，以使复合材料更加均匀，并且在形成复合材料的地方排除空气。这些剪切力是由与基质接触的一个或多个旋转的辊生成，这些旋转的辊以可远高于“线速度”的表面速度驱动。所得的压力大致与辊的速度乘以基质的粘度成比例。一个或多个辊处的液流速度是一个或多个辊的一个或多个表面速度。源自剪切力的压力梯度可以比由于重力或在目前使用的大多数浸渍系统中出现的压力梯度大得多，因此可以更有效地从未固化树脂中排除夹带的空气。类似地，成形复合材料中的液流比目前使用的大多数浸渍系统中遇到的液流快得多。作用在空气上的力和作用在基质上的力不同，首先由于空气气泡具有非常低的粘度，因此这些力完全垂直于气泡表面，也就是说它们不是剪切力，并且其次由于较小的质量，因此空气不会像基质一样受到惯性或重力的影响。使用该原理将夹带的空气推出FRP。应当指出的是，目前用于浸渍复合材料的大多数工艺不会明显损坏纤维。同样，在此过程中，纤维可以被温和地处理并且不会被降解。

本发明的一些实施方案可以采用具有共同宽度的“入口辊”和“入口-出口辊”，然后，所述共同宽度使得能够在这些辊的外边缘上而不是在其表面上使用侧挡板。通过这种配置，可以利用给定的一对侧挡板在连续范围内调整“入口间隙”。而且，可以容易地将O形密封圈添加到辊的侧面，以进一步防止泄漏，从而提高“浸渍压力”并封闭基质中的液流。另外，以前，小“入口间隙”那里将需要微小侧挡板，其可容易地使膜变形并撕裂膜，但是在侧挡板在辊的外边缘上的情况下，不存在任何薄且微小的侧挡板部分。本发明的实施方案采用两个“剪切泵辊”，这两个“剪切泵辊”可用于以降低的剪切力的集中度实现相同的浸渍压力，或者以相同的剪切力的集中度实现更大的浸渍压力。因此，可以实现更温和的材料处理或更好的浸渍或者这两种属性的组合。一些实施方案还可以在加压区的出口处引入第二膜。

本领域技术人员将理解，本发明的各种实施方案可以许多不同配置制成，这些配置采用施加到树脂基质的“剪切泵辊”和被推入到“压力区”中的装料。在接下来的部分中定义了本发明的实施方案的一些示例性配置。

应当指出的是，本发明的实施方案的主要重点在于纤维增强聚合物(FRP)材料的制造。因此，本文的语言适用于该应用。然而，应当理解，所使用的原理通常也适用于其他复合材料的制造。而且，本文所用的排除的“空气”可以是另一种气体或非粘性流体。

2.浸渍和空气排除原理

本发明的实施方案可以用于在连续制造呈片材形式的纤维增强聚合物(FRP)材料中利用树脂基质浸渍纤维。在FRP制造期间，液体树脂基质与纤维增强材料组合在一起，其中其必须浸渍(或“浸润”)纤维增强材料以便与其粘合。然后，通过固化(对于热固性基质)或冷却(对于热塑性基质)，带有纤维增强材料的树脂基质在最终产品中变为固体。在一些情况下，如SMC生产，在此专利的过程中制造的材料是用于使最终产品成型的中间产品。在这些情况下，将增稠剂加添加到树脂，使得随着时间的推移，树脂达到适于成型但不再适于浸渍纤维增强材料的粘度。树脂基质在FRP中将纤维增强材料粘合在一起或至少将其包裹起来，并且赋予材料形状、硬度和其他性能。纤维增强材料赋予产品强度和刚度。

应在浸润期间从FRP中排除空气，以优化其性能。本发明的实施方案提供了一种比使用许多现有过程可实现的效果更强力地从FRP中排除空气以实现更高纤维含量和/或更大基质粘度的装置。相反，空气排除的力度可以受控的方式降低，以实现具有较小剪切力的期望浸润。在此呈现的分析中的所有FRP工艺中的用于空气排除的媒介物是在树脂基质浸渍纤维增强材料时由液体树脂基质中的剪切力生成的压力梯度。然而，本发明的实施方案采用粘性液体树脂基质与接触所述基质的“移动”表面之间的剪切力，以生成比在大多数其他浸渍过程中可能遇到的更大的压力梯度。因此，本发明的实施方案可以产生更大的压力以在浸渍期间从液体基质中去除空气。另选地，在无法维持高剪切力的情况下，这些方法可以通过更高效地管理剪切力，以通过更温和的处理来改善浸润。

与移动表面接触的粘性液体将与该表面一起移动并且随之携载相邻的液体。因此，将在移动表面的紧邻区域之外的液体中生成液流。当液体的流动受到限制时，就像其在目前的方法中被“入口”和“出口间隙”以及侧挡板所限制的那样，大部分液体无法通过间隙，并且必须返回并再循环。这是压力增加和贯穿其中的液流的来源，其有助于基质与纤维增强材料之间更均匀且紧密的接触。

在本段和以下两段中，我们从日常的一杯水的示例和已知的浮力原理开始，定性地检查由于压力变化而作用在液体中的空气上的力。如上所述，在液体中也存在液流，并且空气气泡将趋于跟随这些液流，但是这里我们与这种流动分开地考虑作用在气泡上的力。液体中的压力(在重力作用下)随着距表面深度的增加而增加。(在玻璃杯、浴缸、湖泊等中的)水的顶部表面处于大气压力下，但给定深度处的压力与表面以下的深度成比例地增加。压力等于深度乘以液体密度和重力加速度两者。水(在这里其本身可以被认为是不可压缩的)中不可压缩的对象受到因水中压力变化产生的浮力。根据阿基米德原理，已知这个浮力等于排出的水的重量，并且与深度无关。简单的计算表明，此浮力实际上与在对象表面上以及在相反方向上平均的水中压力梯度成比例。相同的浮力计算适用于水在运动中的情况，其中压力可能以比简单地作为深度的函数更复杂的方式变化。在一杯水中，压力仅随深度而变化。其由水的密度乘以重力加速度再乘以深度给出。因此，压力梯度(即压力在其最大增加方向上的空间导数)是指向下的矢量，其值是水的密度乘以重力加速度。

液体中的空气气泡的表现方式比不可压缩对象的表现方式更复杂；因为它的大小与压力相反地变化，给定深度处的空气气泡内的压力是恒定的，并且空气气泡不具有固定的形状。然而，这里不需要对液体中的空气气泡上的力进行更详细的定性解释。压力以与其作用于不可压缩对象相同的方式作用来使空气气泡浮起。而且，由于与树脂基质相比，空气的密度和粘度可忽略不计，因此空气不会像树脂基质那样受到很大的重力、惯性和剪切力。

在FRP制造中，树脂基质是运动的粘性液体，并且通常存在显著大于重力的力作用在基质上。一般来讲，在现有过程中，存在一个或多个阶段，其中将最初在大气压力下的FRP推动通过较高压力的区，并且然后在最后阶段使其返回到大气压力。如前所述，在这些过程中，空气被从树脂基质中去除，因为从较低压力到较高压力的过渡中的压力梯度将空气推动远离FRP的一个或多个较高压力区。在所有这些过程、空气中，当空气被较高压力区域排斥时，存在供空气逸出的路径。这里，我们将较高压力区的压力称为“浸渍压力”。下文中可以使用这些术语和原理来分析现有技术，但是这种考虑对于本申请是原始的。

重新参考针对复合材料浸渍的常规第一技术，在这些过程的初始浸渍阶段中，“浸渍压力”是因仅将纤维浸入树脂浴中而产生的重力。在最后的限制中，“浸渍压力”可能会升高，并且由于限制施加在基质上的剪切力，在树脂中可以存在液流。然而，这些剪切力和液流仅在具有固定限制的复合材料的相对速度(其为大约“线速度”)下生成。

重新参考用于在FRP面板制造中使用的复合材料浸渍的常规第二技术，在所有这些过程中，床中的“浸渍压力”仅略高于大气压力，因为树脂层非常薄，并且其粘度较低。在加热床的端部处，然后用轧辊将顶部膜压到加热床上，在FRP上施加剪切力，这在树脂中形成液流以及另外的小的、但对于空气来说较大的“压力屏障”。同样，轧辊相对于树脂的相对速度为“线速度”或更小的数量级，因此压力屏障和液流速度也较小。

重新参考用于在预浸料制造中使用的复合材料浸渍的常规第三技术，实际上，这里在每个起轧点(nip point)处再次存在“压力屏障”和树脂液流。压力屏障直接排除第一起轧点处的空气，并且从随后的起轧点排除的空气必须从侧面逸出。“一个或多个压力屏障”和液流是由于与树脂接触地向前的纤维和防粘纸的剪切力引起的，因为如果没有剪切力，则不会有任何事物推动树脂通过起轧点。然而，防粘纸、纤维和树脂都以大约线速度移动，因此它们的相对速度将小于线速度，并且所得的剪切力和液流速度较低。

重新参考用于SMC制造中使用的复合材料浸渍的常规第四技术，在基质“压力屏障”中生成液流，所述“压力屏障”排除压实机的每个起轧点处的空气。这些在入口点处开始，其中空气可以被直接排除，并且包括上辊与下辊之间的所有起轧点，其中空气可以从侧面排出或者找到更长的路径。“浸渍压力”虽然不能直接测量，但可以通过控制将下辊和上辊推到一起的力来控制，并且可以计算出平均值。此力是有限的，因为如果力过大，则将阻止SMC进入压实装置，或者将SMC挤出侧面。膜将SMC推入压实机的速度非常接近“线速度”，因此这里再次，在剪切力和液流速度相应较低的情况下，相对速度也将小于“线速度”。

重新参考TMC制造中的常规第五技术或用于FRP面板制造中使用的复合材料浸渍的Heinzmann技术，“浸渍压力”和液流比他者高，因为与FRP接触的辊转动地较快。然而，加工中的其他缺陷可能使所得材料降解。这些技术必须使用不连续的、短切纤维增强材料，而不能使用连续的毡或纤维。FRP必须在间隙的另一侧上从浸润的辊上刮掉或甩掉，并且然后收集并包装。在TMC工艺中，将FRP甩到塑料膜上，将另一膜放置在顶部上，并且将产品卷平并切成一定长度。在Heinzmann技术中，将FRP刮掉、挤出并切至一定长度。在这两种情况下，在通过辊之间的间隙处的第一“压力屏障”之后，FRP立即回到浸渍辊下方的大气压力，而不是如在此呈现的技术中那样进入压力区。这减小了间隙中的压力，并且因此减小了“压力屏障”。在这两种情况下，浸渍后的产品是不连续的，在各片之间存在空气，并且必须进行压缩以用于包装和去除空气。这种压缩会使材料降解。

重新参考Fram的美国专利号8,273,286，入口区中的“压力屏障”增加，因为在“入口间隙”处存在来自“压力区”的背压。纤维可以是连续的或不连续的或两者。

再次参考Salazar等人的美国专利号8,915,211，此处的“浸渍压力”受辊施加的剪切力的限制，并且由于辊以“线速度”移动，几乎没有可将树脂推到较高压力的附加力。关于Bruessel的国际专利申请公开号WO2011/161074，在此的“浸渍压力”和液流速度也受到由辊以“线速度”施加的剪切力的限制。

施加在液体上的剪切力与同其接触的表面的一个或多个速度以及液体的粘度成比例。与这些表面接触的液体中的液流的速度是大约这些表面的速度。在大多数制造过程中，FRP的一个或多个表面速度较慢，通常是所述过程的“线速度”，即小于正常的行走速度，其中FRP与它所接触的表面之间的相对速度远小于该速度。因此，在大多数这些过程中，“浸渍压力”在绝对值方面只比大气压力略微更高，并且液流的速度也同样较低。因此，在这些过程中，克服基质中的高粘度或高纤维含量搅拌树脂基质并从其去除空气的能力是有限的。

本发明的实施方案呈现了浸润FRP材料的技术，该FRP材料具有比目前过程中遇到的更高的基质粘度和纤维含量极限。本发明的实施方案的基本特征包括：在所述过程期间，将与FRP接触的过程表面速度增加到可远远超过“线速度”的程度，从而生成可能非常强的剪切力和液流。至少利用侧挡板和狭窄间隙约束FRP，使得这些高剪切力生成升高的压力，并且液流集中而不是消散。高表面速度源自与FRP接触时可以非常迅速地转动的辊，这些辊被定位成将树脂基质推入到约束空间中。这种约束可以通过这些辊的表面连同辊每侧的挡板、刮除器和一个或多个附加辊来实现。因此，所得的绝对“浸渍压力”和液流速度可比目前使用的大多数FRP工艺高一个数量级。

应当指出的是，在上述过程中，不连续纤维的表现不同于连续纤维增强材料。在两种情况下，它们都被引入基质中并被基质浸润。然而，连续纤维增强材料基本上以线速度被牵拉通过所述过程，并且基质可由所述连续纤维增强材料携载。相反，不连续纤维不能携载基质。因此，不连续纤维与基质一起行进，并且典型地膜与不连续纤维一起用于携载树脂基质和纤维两者。

3.复合材料浸渍的应用

描述了这样的系统和方法，其中在纤维增强复合材料的浸渍中使用从动辊以对粘性液体基质进行加压并且利用液体上的剪切力在粘性液体基质中生成液流，从而在升高的压力下推动其通过浸渍器。在一些情况下，不连续纤维或短切纤维悬浮在基质中并随基质一起移动。对于这样的实施方案，液体基质包括粘性液体基质，其中所述粘性液体基质的粘性比水的粘性至少高一个数量级。在这些情况下，膜被引入浸渍器中并用于将所得的复合材料传送出去。在其他情况下，毡或连续纤维被牵拉通过浸渍器，被基质浸渍，并且通过连续纤维将基质拉出，作为刚刚形成的复合材料的一部分。在连续增强材料的情况下，如果包装需要的话，可以将以与纤维增强材料相同的速度移动的膜引入浸渍器中，但所述过程也可以在没有膜的情况下进行。而且，通常可以使用单个膜代替两个膜，从而具有经济性。

具有毡或连续纤维增强材料的本发明的典型实施方案包括浸渍器设备，所述浸渍器设备包括：彼此平行地设置并且在那里具有间隙(“入口间隙”)的“入口-出口辊”和“入口辊”，其中“入口辊”是快速移动的“剪切泵辊”，并且“入口-出口辊”可以是以大约“线速度”与材料一起移动的另一个“剪切泵辊”或惰辊，其中刮除器用于防止复合材料粘结到辊并且跟随辊到各处；在材料的每侧上的侧挡板；平行于所述一对辊并设置在出口区域处的“载体辊”。基质和纤维增强材料(如果不连续的话)通过比线速度快得多但具有“线速度”的矢量平均速度的液流移动通过辊。“压力区”由“入口辊”、“入口-出口辊”、“载体辊”、“侧挡板”和刮除器的表面形成。膜通过“载体辊”与刮除器安装件之间的小间隙围绕“载体辊”引入“压力区”中，并且膜将复合材料携载出“出口间隙”，从而到达缠绕机以进行包装。

图1A和图1B示出了本发明的示例性浸渍器实施方案。两个图都指示使用膜将基质和纤维进给到浸渍器。图1B指示第二膜被进给到高压体积中，但是图1A指示不具有该膜而替代地在“载体辊”上具有刮除器的相同过程。图1A中的刮除器防止FRP粘结到“载体辊”，并且替代地迫使它与膜保持在一起。然而，对于图1B所示的膜，刮除器不是必需的。在图1B中，示出了将一层基质计量到膜上的刮片。在刮片之后，纤维切割器跨基质涂层的宽度滴加短切纤维。这些之后是具有单个“剪切泵辊”的浸渍器，其中第二膜(图1A中不存在)被引入“载体辊”上的高压体积(第二体积)中。示出了用于包装的缠绕机。作为“剪切泵辊”的“入口辊”是“入口-出口辊”(这些图中的非从动辊)的上方和右侧的从动辊，并且这两个辊一起形成通向“压力区”的入口。在图1B中，载体辊将膜携载到高压体积中，并且现在浸渍的FRP通过两个膜之间的“出口间隙”被携载到缠绕机。值得注意的是，在“入口间隙”之前以及在“压力区”内的增加的压力形成对树脂内的夹带气体的屏障，使得抑制夹带气体与粘性基质一起进入“入口间隙”。这增强了树脂到纤维中的浸渍，并且因此改善了所得复合材料的性能。

在图1A中，围绕“入口-出口辊”引入单个膜，所述“入口-出口辊”是惰辊，并且载体辊上的刮除器防止FRP跟随辊到各处。基质和纤维被计量到从左侧进来的膜上。用于计量这些成分的方法未在此处示出，但是可以是用于计量基质的刮片和用于计量和分配不连续纤维的切碎机，如图1B所示。也可以引入连续纤维增强材料，并且可以用计量泵将基质泵入，并且跨产品的宽度散布所述基质，而不是由刮片对所述基质进行分配。在图1B中，“入口-出口辊”是携载膜的惰辊，并且“载体辊”具有刮除器，所述刮除器用于将FRP与膜保持在一起，并且不允许FRP粘结到“载体辊”并跟随辊到各处。

图1A的设备100将体积102限定为彼此平行设置的两个辊104(入口-出口辊)、106(剪切泵辊)之间的会聚空间，液体基质108(混合有纤维112)进入所述会聚空间。入口仅仅是辊104、106之间的入口空间。体积102的相对侧会聚以形成间隙110(入口间隙)，以使液体基质108和纤维112通过。如图所示，辊104、106的两个圆柱形表面形成体积102的相对侧以及在它们之间的间隙110。在此实施方案中，移动表面是剪切泵辊106的圆柱形表面，其与液体基质108和纤维112接触，并且相对于通过间隙110的液体基质108和纤维112移动，使得剪切力传递到液体基质108和纤维112，推动液体基质108和纤维112向前通过间隙110，从而在液体基质108中产生液流并且在前向方向上增加体积102内的液体基质108中的压力。体积102内的增加的压力形成对液体基质108内的夹带气体的屏障，使得抑制夹带气体与液体基质108和纤维112一起穿过间隙110。在此示例性实施方案中，用于液体基质108的第二体积116在间隙110之后并且由所述一对辊104、106、刮除器114、侧挡板(在辊104、106的每个端部处)和载体辊118包封，并且在所述一对辊中的一个辊104与载体辊118之间形成液体基质108从第二体积116离开的出口120(出口间隙)。如本领域中已知的，刮除器114包括与辊接触的刀片，以在辊经过时从圆柱形辊表面刮擦除液体基质108。液体基质108中的压力在此第二体积116中较高。膜122进入所述一对辊中的一个辊104上的间隙110，并且穿过载体辊118上的(第二体积116的)出口120。图1B的实施方案还包括第二膜124，所述第二膜进入载体辊118与刮除器114之间的膜间隙，以与第一膜122一起在出口120处夹持液体基质108和纤维112。图1A和图1B的实施方案中的所有其他元件是相同的。

图2A和图2B示出了本发明的浸渍器200实施方案，其采用两个“剪切泵辊”、单个膜和纤维切碎机，仅在图2A中示出。在图2A中，左侧的缠绕机包装FRP。应当指出的是，最终刮除器应当理想地由出口间隙定位。图1A所示的布置可从左剪切泵辊在膜上产生过大的应力。在图2B中，未示出用于计量基质的装置，但其可以是通过管线内混合器进行进给的计量泵。在此实施方案中，形成入口的两个辊都是从动的，即是“剪切泵辊”。在此，“载体辊”也将膜带入“压力区”中，并且携载现在浸渍的FRP通过左侧的“出口间隙”。左侧的“入口-出口辊”上的刮除器防止FRP粘结到辊，从而迫使FRP与膜保持在一起。与本文的所有实施方案一样，在“压力区”中以及在“入口间隙”之前的增加的压力形成对树脂内的夹带气体的屏障，使得抑制夹带气体与粘性树脂一起穿过“入口间隙”。而且，由快速移动的辊生成的液流搅拌复合材料并使其更加均匀。因此，改善了树脂对纤维的浸渍。

在图2A和图2B的实施方案中，现在在一对剪切泵辊202A、202B的圆柱形表面之间形成体积102。纤维112从上方的切割器滴加到液体基质108中。辊202A、202B之间的间隙起到图1A与图1B的辊104、106之间的间隙的作用，但是辊202A和202B两者在此都是从动的。在这种情况下，每个辊202A、202B的表面提供移动表面以将液体基质108和纤维112驱动到间隙110中。在此，在间隙110之后也采用第二体积116，所述第二体积由所述一对辊202A、202B、刮除器114、侧挡板(在辊104、106的每个侧面处)和载体辊118包封，并且在所述一对辊中的一个辊202A与载体辊118之间形成液体基质108从第二体积116离开的出口120(出口间隙)。图2B示出了侧挡板204A、204B。如图所示，侧挡板204A、204B抵靠着剪切泵辊中的一个剪切泵辊202A的圆柱形表面但抵靠着另一个剪切泵辊202B的侧面设置。

图3A至图3E示出了本发明的浸渍器实施方案，其采用两个“剪切泵辊”以及一个毡(带有一个备用毡辊)和一个载体膜。在此实施方案中，纤维增强材料是从两个从动辊正中间的毡辊递送到高压体积的入口中的连续毡。尽管有可能，但未引入短切纤维。通过“压力屏障”防止夹带空气或防止其进入“压力区”来改善毡的纤维的浸渍。而且，基质中由高速辊生成的液流使基质与纤维毡更紧密地接触。缠绕机将经树脂浸渍的毡与膜一起牵拉通过“出口间隙”。抵靠着“入口-出口辊”作用的刮除器迫使基质与毡和膜保持在一起，从而防止其粘结到“入口-出口辊”并跟随辊到各处。图3D和图3E示出了配有结构框架的相同实施方案的从两侧查看的视图。如本领域技术人员将理解的，这些实施方案采用如在图1A、图1B、图2A和图2B的实施方案中所述并且在附图中可识别的那样起作用的元件。

图3F是类似于图3A至图3E的实施方案但打开以用于低压浸渍的单元。在这种情况下，由于通过第一间隙110发生充分的浸渍和空气去除，因此不采用第二体积。在此，所述单元包括用于引入编织粗纱的引导装置300，所述引导装置防止编织粗纱起皱以及阻塞装备。图3G是简化装备的示意图，其将如图3F中那样起作用，但是去除了图3G中不使用的从动辊。

图3G是用于低压浸渍的装置310的示意图，所述装置仅采用两个圆柱形表面312A、312B之间的第一体积102和单个间隙110。重要的是要注意，在这种情况下，辊312A、312B可以是固定的。特别地，左辊312A可以是固定的，而右辊312B可以是固定的或仅仅空转(随着膜314在其表面上运行而移动)。膜314和毡316材料两者被牵拉到从动产品缠绕机318上。因此，膜314是与液体基质108接触的移动表面，所述液体基质如前所述对间隙110进行加压以去除空气并浸渍毡。毡316也拖动基质108通过间隙110，产生相同的效果。示意图还示出了体积102的每一侧上的挡板320的轮廓。如同先前的实施方案，这里挡板抵靠着一个辊312A的侧面并抵靠着另一个辊312B的圆柱形表面运行。在挡板320与辊312B的圆柱形表面之间存在较小的膜间隙322，所述膜间隙允许膜314通过，同时防止液体基质108通过。因此，膜314的边缘延伸通过此膜间隙322，超出挡板320。

4.浸渍槽的应用

在本部分中描述了在浸渍槽系统中采用“剪切泵辊”的各种示例的详细描述。在浸渍槽应用的情况下，在液体(例如，树脂)的槽内形成“压力屏障”和液流，并且连续纤维或毡与液流一起通过此“压力屏障”。在一些实施方案中，一个或多个刮除器用于在“入口间隙”后形成“压力区”，从而增加“入口间隙”之前的压力梯度，并且在其后形成高“压力区”，其中在基质中具有受约束的液流。在其他实施方案中，不使用刮除器，并且不存在包封的高“压力区”。然而，仍然存在“压力屏障”和通向由两个“剪切泵辊”或一个“剪切泵辊”与隔板形成的间隙的液流，因为与可以通过“入口间隙”的基质相比，“剪切泵辊”将更多的基质朝向“入口间隙”推动。在间隙之后，随着“剪切泵辊”将基质吸走，基质中的压力和液流回落。使用“压力屏障”排除夹带空气的原理对于浸渍槽和对于先前描述的压力浸渍器是相同的，这就是液流的来源。

本发明的浸渍槽实施方案可以包括彼此平行设置并在它们之间具有间隙的一对从动“剪切泵辊”、使所述一对辊浸入其中的流体槽、侧挡板以及以“线速度”在所述一对辊之间通过的连续纤维增强材料。在一个实例中，通过每个浸渍辊上的刮除器在所述两个“剪切泵辊”下方的基质中形成“压力区”，所述刮除器被纤维增强材料通过的小“出口间隙”隔开。在另一个实例中，去除了刮除器和“出口间隙”，因此没有形成包封的“压力区”，但是在入口间隙处还存在“压力屏障”，并且在其两侧的基质中生成液流。

在没有“压力区”的情况下，“入口间隙”处的压力会降低，因此对于任何给定的“剪切泵辊”旋转速度，对空气的“压力屏障”都会相应减小。然而，装备更简单并且可能更可靠。另外，没有“压力区”的“压力屏障”的缺陷可以通过更高的辊速度来克服。在有或没有“压力区”的情况下，由于装备浸入在基质中，刮除器和侧挡板不必紧靠辊密封，因为少量泄漏会最终无害地回到基质中。

虽然“压力屏障”可在利用本发明的此实施方案排除空气时起作用，但是液体树脂基质中的液流在带离排除的空气方面也可能很重要。本发明的此实施方案提供了各种配置和参数，这些配置和参数可以被调整以优化其功能并可能克服未预见到的问题。作为一个未预见到的问题的示例，在现有的处理器线中，有时来自纤维增强材料的空气会在槽中形成气泡，必须使这些气泡避开通过的布以避免缺陷。首先，由于每个辊可以在任一方向上旋转，因此存在四种可能的辊旋转配置，并且每种都可以在有或没有“压力区”的情况下实现，从而形成八种可能的配置。图6A至图6H示出了如上所述的本发明的浸渍槽实施方案的八种可能的配置。而且，每个辊的速度可以连续且独立地变化。可以调整“出口间隙”(在存在的情况下)和“入口间隙”两者，并且可以改变浸渍器在基质表面下的深度。

图4A和图4C示出了浸渍槽实施方案，其中图4B示出了浸渍插入件单独进入浸渍槽。图5A至图5J示出了本发明的浸渍槽实施方案的附加细节。图5A示出了设备500，其中两个“剪切泵辊”502A、502B(从动)以与纤维毡504行进相同的指向相反地旋转，其后不具有刮除器或包封的压力区域(第二体积)。图5B示出了相同的设备，在“剪切泵辊”502A、502B之后具有两个刮除器506A、506B(边缘抵靠着纤维毡和液体基质运行)和包封的“压力区”508(第二体积，其由包封毡504的左刮除器506A和右刮除器506B形成)。刮除器506A、506B具有接触上方的剪切泵辊502A、502B的边缘，由出口位于下方的结构支撑，并且形成加压的第二体积508。图5C是图5B的剖视图，图5D是图5C的放大细节视图，并且图5D是进一步放大的“压力区”508，其示出了左刮除器506A和右刮除器506B。

图5F示出了单个“剪切泵辊”510，其抵靠着隔板512与纤维毡504(布)的移动相反地(即向上)驱动，以有助于布504的浸渍。示出了“剪切泵辊”在逆着毡504的移动方向推动基质的意义上旋转。毡504被牵拉通过设备500。相反，图5G示出了与图5F所示相同的装备，其中“剪切泵辊”514被相反地驱动。图5H与图5G相同，但是在“剪切泵辊”514之后添加了在单个刮除器502A与隔板512之间形成的“压力区”508(第二体积)。图5I是图5H的实施方案的等轴视图，并且图5J是图5H的实施方案的“压力区”的细节视图。

图7示出了简单的低剪切浸渍器700的示意图，该浸渍器仅具有惰辊702A、702B(或固定辊)，但在液体基质的槽中无从动辊，但是具有侧挡板和可调整间隙，以将剪切力控制在低范围内。这是用于低剪切力和低压屏障的配置。因此，操作类似于上面在图3F和图3G中描述的实施方案，但是具有浸没在液体基质的槽中的体积，如本领域技术人员将理解的。这里液体基质通常不是粘性的。两个辊702A、702B均由牵拉通过槽的毡704(纤网)驱动，因此它们以线速度移动。这些是移动的表面，并且它们相对于槽中的树脂与毡一起移动。通过调整辊702A、702B之间的间隙706来调整浸渍压力屏障。通过减小此间隙706增加浸渍压力，但是通过充分增大此间隙706可以将浸渍压力实际上减小到零。可通过向上或向下移动上辊而下辊保持在原位的方式调整间隙706。辊的每侧上的侧挡板确保液体基质被约束为通过起轧点(间隙706)或再循环返回，而不是到达辊702A、702B的侧面。

包括本发明的优选实施方案的描述到此结束。出于说明和描述的目的，已经呈现了包括本发明的优选实施方案的前述描述。所述描述并不旨在进行穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。在前述教导内容的范围内，许多修改和变化是可能的。在不脱离如随附权利要求中阐述的发明概念的情况下，可以设计本发明的附加变型。

Claims (21)

1.一种复合材料处理设备，其包括：

体积，所述体积在入口处接收液体基质和纤维，在所述入口处所述体积的相对侧会聚以形成供所述液体基质和所述纤维通过的间隙，并且至少一个圆柱形表面形成所述体积的所述相对侧中的一者和所述间隙；以及

移动表面，所述移动表面与所述液体基质和所述纤维接触并且相对于所述液体基质和所述纤维移动通过所述间隙，使得剪切力被传递到所述液体基质和所述纤维，从而推动所述液体基质和所述纤维向前通过所述间隙，在所述液体基质中产生液流，并且在朝向所述间隙的前向方向上增加所述体积内的所述液体基质中的压力；

其中所述体积内的所增加压力形成对所述液体基质内的夹带气体的屏障，使得抑制所述夹带气体与所述液体基质和所述纤维一起通过所述间隙。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述液体基质包括粘性液体基质，其中所述粘性液体基质的粘性比水的粘性至少高一个数量级。

3.如权利要求1所述的设备，其中在所述至少一个圆柱形表面与第二圆柱形表面之间形成所述体积。

4.如权利要求3所述的设备，其中所述第二圆柱形表面在固定辊上，并且所述移动表面包括膜，所述膜沿着所述至少一个圆柱形表面移动通过所述间隙。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述纤维包括毡，所述毡与所述液体基质一起进入所述入口，并且与所述液体基质和所述膜一起通过所述间隙。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述移动表面是从动辊的表面。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述从动辊的所述表面也是所述至少一个圆柱形表面。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述从动辊是彼此平行地设置以在两者之间形成所述间隙的一对辊中的一个辊。

9.如权利要求8所述的设备，其中在所述间隙之后的所述液体基质的第二体积由所述一对辊、刮除器、侧挡板和载体辊包封，并且在所述一对辊中的一个辊与所述载体辊之间形成所述液体基质从所述第二体积离开的出口。

10.如权利要求9所述的设备，其中膜进入所述一对辊中的一个辊上的所述间隙，并且通过围绕所述载体辊的所述出口。

11.如权利要求9所述的设备，其中所述一对辊都是从动的。

12.如权利要求10所述的设备，其中第二膜通过所述载体辊与所述刮除器之间的膜间隙进入所述第二体积，并且与所述膜一起在所述出口处夹持所述液体基质和所述纤维。

13.如权利要求1所述的设备，其还包括所述体积的每侧上的挡板，所述挡板保持所述液体基质从所述入口移动通过所述间隙而不从每侧逸出。

14.如权利要求13所述的设备，其中所述体积的每侧上的所述挡板中的每个挡板限制辊的端部和第二辊的圆柱形表面。

15.如权利要求13所述的设备，其中所述挡板中的每个挡板在其自身与第二辊的所述圆柱形表面之间具有膜间隙，以允许膜经过每个挡板但阻挡所述液体基质。

16.如权利要求1所述的设备，其中所述纤维包括短切纤维。

17.如权利要求1所述的设备，其中所述纤维包括选自以下组成的组的连续纤网：短切原丝毡、编织粗纱和连续平行纤维。

18.如权利要求1所述的设备，其中所述设备设置在填充有所述液体基质的槽中。

19.如权利要求18所述的设备，其中所述移动表面包括从动辊的表面，并且所述至少一个圆柱形表面是所述从动辊的浸入所述槽中的所述液体基质中的所述表面，并且被设置成邻近第二表面，从而在两者之间形成所述间隙，并且从动辊的每侧上的挡板和所述第二表面将所述辊之间的所述液体基质限制到所述间隙中，并且所述纤维与所述液体基质一起连续地通过所述间隙。

20.如权利要求19所述的设备，其中所述第二表面包括第二从动辊。

21.如权利要求18所述的设备，其中所述纤维是连续的，并且被牵拉到所述槽的外部以接触并由此驱动一对惰辊，使得所述移动表面包括所述一对惰辊的至少一个表面，并且所述至少一个圆柱形表面是所述一对惰辊的所述至少一个表面，所述一对惰辊浸入所述槽中的所述液体基质中，并且彼此平行地设置，从而在两者之间形成所述间隙，并且在所述一对惰辊的每侧上具有挡板，以将所述惰辊之间的所述液体基质限制到所述间隙中，并且通过调整所述一对惰辊中的至少一个惰辊相对于另一个惰辊的位置来改变所述间隙。

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