CN113661050A - 用于制备聚合物材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于从干燥编织的预制件来制造产品的方法，所述产品包括由聚合物材料(特别是热塑性的)制成的至少一个区域。通过纬编对应于待获得的成品的形状的连续件以三维生产干燥预制件。随后在模具中通过在压力下加热而固结预制件，并随后将其冷却。根据本发明的方法特别有利，因为所述方法能够获得受控厚度的聚合物材料的部件；所述成品不具有连接部且不需要不同部件的组装。所述方法不会产生材料的任何损失或滴落。根据本发明的方法在环境温度下不伴随任何有毒挥发性元素的释放。

Description

用于制备聚合物材料的方法
技术领域
本公开涉及一种用于制备聚合物材料以及从该聚合物材料制造产品的方法。本公开涉及主要由聚合物材料制成的产品的领域。聚合物材料特别是指热塑性材料。因此本发明并不涉及，诸如，由基质和增强结构(通常由纤维制成)组成的复合物产品。然而，根据本发明的产品可以与复合物产品结合。
背景技术
根据传统方法，要获得一件聚合物材料，需要使一块纯聚合物形变(热成型)、或将聚合物材料注射到模具中(注射)。
在热塑性材料的热成型中，将板形式的材料加热以将其软化，并使用模具使其成形。当材料冷却时材料变硬，从而保持该形状。
该方法的缺点在于：最终形状不能够太复杂，因为该最终形状必须是通过压模可获得的；产品的最终厚度取决于形变的形状和方向，意味着其不能够进行调节；以及原始板的厚度取决于所经历最大形变的区域，这导致经历较小形变的区域产生额外厚度。
在注射中，能够获得复杂的3D形状，但是生产这些形状的工具非常的昂贵。
该方法的缺点在于，其不适于小型或中型系列的生产；并且，其无法允许使用连续纤维。
附图说明
实施例以举例的方式示出，并且不受附图的限制。
图1包括复杂形状的物体的前视图的图解，该复杂形状的物体包括聚合物材料。
图2包括复杂形状的物体的侧视图的图解，该复杂形状的物体包括聚合物材料。
图3包括示出了包括复合物部件和仅由聚合物材料制成的部件的预制件的图解。
图4包括示出了从图3的预制件获得的成品的图解。
图5包括示意性地描绘了用聚合物材料层包覆的复合物物体的图解。
本领域的技术人员应当认识到，为简单和清楚起见，图中示出的各元件并不一定按比例绘制。
具体实施方式
以下论述将集中于本教导内容的具体实施方式和实施例。提供具体实施方式是为了帮助描述某些实施例，并且不应该被解释为是对本公开内容或教导内容的范围或适用性的限制。应当理解，基于本文所提供的公开内容和教导内容，可使用其他实施例。
术语“由...构成”“包含”“包括”“含有”“具有”“有”或它们的任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含之意。例如，包含特征列表的方法、制品或装置不一定仅限于那些特征，而是可以包括未明确列出的或这种方法、制品或装置固有的其他特征。另外，除非另有明确说明，否则“或”是指包括性的“或”而非排他性的“或”。例如，以下任何一项均可满足条件A或B：A为真(或存在的)而B为假(或不存在的)、A为假(或不存在的)而B为真(或存在的)，以及A和B两者都为真(或存在的)。
而且，使用“一个”或“一种”来描述本文所述的元件和部件。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。除非很明显地另指他意，否则这种描述应被理解为包括一个、至少一个，或单数也包括复数，或反之亦然。例如，当在本文描述单个项时，可使用多于一个项来代替单个项。类似地，在本文描述了多于一个项的情况下，单个项可以取代多于一个项。
根据具体实施例，已经发现使用可能包括按体积计90％至100％的聚合物材料的纱线、或甚至使用可能仅包括聚合物材料的纱线能够用技术编织方法以3D形成干燥预制件。随后通过加热使预制件完全固结。
出于本文描述的实施例的目的，术语“干燥预制件”是指通过常规地编织连续纱线而获得的产品，在该产品中纱线形成连续成排布置的、相互交织的线迹。
生产预制件通常可能需要用于纱网的纱线织轴。不同的编织技术使得能够获得以3D、无接缝的方式形成一整件可变局部表面质块(mass)的编织物。
特定的编织技术允许进行圆编或直编。
可以在纬编方法和经编方法之间做出区别。
文件US 2016/0075061 A1、US 2017/0157865 A1和EP 0 630 735 A2涉及复合物材料，该复合物材料包括聚合物材料基质和增强结构，增强结构的熔点高于基质的熔点。通常，基质可以占最终产品的体积的50％至85％；增强结构可以占将最终产品的体积的15％至50％。在EP 0 630 735中，就纤维含量而言，在示例性实施例中，增强结构可以占从50％至80％、而聚合物材料仅为20％至50％。
根据特定的实施例，本发明涉及一种制造可以包括聚合物材料的产品的方法。根据某些实施例，根据本发明的方法可以包括至少以下步骤：纬编纱线或纱线组，该纱线或纱线组由按体积计90％至100％的聚合物材料制成；以三维和连续件来生产干燥预制件，该预制件对应于待获得的成品的形状；通过在压力下加热以至少达到聚合物材料的熔点温度而将预制件固结；将这样获得的产品冷却。
根据某些实施例，可以通过直编法或圆编法来完成编织。
根据再一些实施例，预制件可以有利地包括适于预期最终厚度的局部表面质块的、无接缝的单一件。
根据又一些实施例，有利地，编织可以通过直编来进行，直编使其能够获得复杂的3D形状，而圆编将不会实现这种情况。
根据特定的实施例，“聚合物材料”可以指热塑性材料，诸如，聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)等、或其组合。
根据再一些实施例，具体地，在最终产品的至少一个区域中，按体积计聚合物材料可以占从95％至100％，或甚至按体积计100％。
根据又一些实施例，有利地，可以以密度为2行/cm至7行/cm、优选3行/cm至6行/cm，以及2列/cm至3列/cm的密度生产干燥预制件。
还根据其他实施例，有利地，干燥预制件具有100g/m2至1500g/m2、优选从500g/m2至1300g/m2.的每单位面积重量。
根据某些实施例，聚合物可以包括填料，该填料可以在配置聚合物或纺织纱线的阶段而加入。
根据本发明某些实施例，此类填料例如可以为着色颜料或静电消散剂。
根据一可替代实施例，预制件可以构成最终产品的特定非复合物区域，该最终产品可以包括复合物材料另一区域。特定非复合物区域可以构成表面涂层或聚合物材料层以组装两个区别物体。
因此，本发明有利地使得其能够替换二次成形法或形成漆料涂层或胶层、或者可以在应用最终漆料之前构成表面层。
根据某些实施例，可以用着色纱线制成预制件，该着色纱线将最终颜色直接放入成品的质量中，而无需添加漆料涂层。
根据又一些实施例，本发明还可以涉及通过以3D编织直纬而获得的干燥预制件用于制造产品的用途，该产品包括至少一个区域，该至少一个区域包括按体积计从90％至100％的聚合物材料、优选按体积计从95％至100％的聚合物材料，或甚至按体积计100％的聚合物材料。
根据本发明的方法特别有利，原因在于成品具有受控的厚度；它们不具有接缝(因此具有气动外形连续性)。该方法不需要不同部件的任何组装。所述方法不会产生材料的任何损失或滴落。根据本发明的方法在环境温度下不伴随任何有毒挥发性元素的释放。
许多不同的方面和实施例都是可能的。本文描述了这些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域的技术人员会理解，那些方面和实施例仅是说明性的，并不限制本发明的范围。实施例可以根据下面列出的任何一个或多个实施例。
实施例1.一种用于制造聚合物产品的方法，其中该方法包括以下步骤：a)纬编纱线或纱线组，其中纱线或纱线组包括按体积计90％至100％的聚合物材料；
b)以三维和连续件来生产干燥预制件；该预制件对应于待获得的成品的形状；
c)通过在压力下加热以至少达到90％至100％的聚合物材料的熔点温度而将预制件固结，以及
d)冷却成品。
实施例2.根据实施例1所述的方法，其中通过编织直纬来进行所述纬编。
实施例3.根据实施例1和2中任一项所述的方法，其中最终产品的至少一个区域包括按体积计95％至100％的聚合物材料。
实施例4.根据前述实施例中任一项所述的方法，其中聚合物材料选自：聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、或其组合。
实施例5.根据前述实施例中任一项所述的方法，其中干燥预制件是用从2行/cm至7行/cm、优选从3行/cm至6行/cm，以及从2列/cm至3列/cm的密度而生产的。
实施例6.根据前述实施例中任一项所述的方法，其中干燥预制件具有100g/m2至1500g/m2、优选从500g/m2至1300g/m2的每单位面积重量。
实施例7.根据前述实施例中任一项所述的方法，其中在步骤b)之后，将聚合物材料的干燥预制件沉积在打算形成复合物产品的预制件上，并且其中步骤c)进一步包括允许两个预制件固结在一起。
实施例8.根据实施例1、2、3、4、5和6中任一项所述的方法，其中在步骤b)之后，将聚合物材料的干燥预制件沉积在预先固结的复合物部件上，并且其中步骤c)进一步包括允许将干燥预制件熔融以及将干燥预制件与复合物部件固结或粘附在一起。
实施例9.根据前述实施例中任一项所述的方法，其中一条或多条纱线包括填料，该填料加入到配制聚合物或纺织纱线的步骤。
实施例10.根据实施例9所述的方法，其中填料包括着色颜料。
实施例11.根据实施例9所述的方法，其中填料包括静电消散剂。
实施例12.通过以3D编织直线纬纱而获得的干燥预制件用于制造产品的用途，其中所述产品包括至少一个区域，所述至少一个区域包括按体积计90％至100％的聚合物材料。
实施例13.通过以3D编织直线纬纱而获得的干燥预制件用以包覆包括按体积计90％至100％的聚合物材料的一层复合物产品的用途。
实施例14.通过以3D编织直线纬纱而获得的干燥预制件用以组装两个不同物体的用途。
实施例15.一种用于制造聚合物产品的方法，其中该方法包括以下步骤：a)纬编纱线或纱线组，其中纱线或纱线组包括按体积计90％至100％的聚合物材料；b)以三维和连续件来生产干燥预制件；该预制件对应于待获得的成品的形状；c)通过在压力下加热以至少达到90％至100％的聚合物材料的熔点温度而将预制件固结，以及d)冷却成品。
实施例16.如实施例15所述的方法，其中通过编织直纬来进行纬编。
实施例17.如实施例15所述的方法，其中最终产品的至少一个区域包括按体积计95％至100％的聚合物材料。
实施例18.如实施例17所述的方法，其中聚合物材料选自：聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、或其组合。
实施例19.如实施例15所述的方法，其中干燥预制件是用从2行/cm至7行/cm、优选从3行/cm至6行/cm，以及从2列/cm至3列/cm的密度而生产的。
实施例20.如实施例15所述的方法，其中干燥预制件具有100g/m2至1500g/m2、优选从500g/m2至1300g/m2的每单位面积重量。
实施例21.如实施例15所述的方法，其中在步骤b)之后，将聚合物材料的干燥预制件沉积在打算形成复合物产品的预制件上，并且其中步骤c)进一步包括允许两个预制件固结在一起。
实施例22.如实施例15所述的方法，其中在步骤b)之后，将聚合物材料的干燥预制件沉积在预先固结的复合物部件上，并且其中步骤c)进一步包括允许将干燥预制件熔融以及将干燥预制件与复合物部件固结或粘附在一起。
实施例23.如实施例15所述的方法，其中一条或多条纱线包括填料，该填料加入到配制聚合物或纺织纱线的步骤。
实施例24.如实施例15所述的方法，其中填料包括着色颜料。
实施例25.如实施例15所述的方法，其中填料包括静电消散剂。
实施例26.通过以3D编织直线纬纱而获得的干燥预制件用于制造产品的用途，其中所述产品包括至少一个区域，所述至少一个区域包括按体积计90％至100％的聚合物材料。
实施例27.如实施例26所述的用途，其中最终产品的至少一个区域包括按体积计95％至100％的聚合物材料。
实施例28.如实施例26所述的用途，其中聚合物材料选自：聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、或其组合。
实施例29.如实施例26所述的用途，其中干燥预制件是用从2行/cm至7行/cm、优选从3行/cm至6行/cm，以及从2列/cm至3列/cm的密度而生产的。
实施例30.如实施例26所述的用途，其中干燥预制件具有100g/m2至1500g/m2、优选从500g/m2至1300g/m2的每单位面积重量。
实施例31.通过以3D编织直线纬纱而获得的干燥预制件用以包覆包括按体积计90％至100％的聚合物材料的一层复合物产品的用途。
实施例32.如实施例31所述的用途，其中最终产品的至少一个区域包括按体积计95％至100％的聚合物材料。
实施例33.如实施例31所述的用途，其中聚合物材料选自：聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、或其组合。
实施例34.如实施例31所述的用途，其中干燥预制件是用从2行/cm至7行/cm、优选从3行/cm至6行/cm，以及从2列/cm至3列/cm的密度而生产的。
实例
本文描述的概念将在以下实例中进一步描述，这些实例不限制权利要求所述的本发明的范围。
实例1：复杂且柔弱负载的3D物体
通过直纬编法将3D预制件编织成一件。纱线由聚碳酸酯纤维制成。密度为4行/cm至6行/cm和2列/cm至2.8列/cm。每单位面积重量为500g/m2至1300g/m2。
将3D预制件放置在钢模具和反模具(counter-mold)中，并将其加热至200℃至250℃的温度以及3巴至10巴的压力。
如图1(前视图)和图2(侧视图)所示，成品在其机械性能中具有1GPa至4GPa的杨氏模量以及40MPa至70MPa的断裂强度。
由于本发明，通过控制厚度可以获得此类型的复杂形状的物体。该方法相较于传统热成形方法消耗了更少的材料，因为可以控制成品的厚度。
实例2：“翼尖式灯罩(Wing tip verrine)”
图3示出了通过直纬编法将3D预制件编织成一件。
预制件具有仅包括聚碳酸酯纤维的区域。密度为4行/cm至6行/cm和2列/cm至2.8列/cm。该区域中每单位面积重量为500g/m2至1300g/m2。
相同的预制件包括另一复合物区域，该另一复合物区域由按体积计20％至45％的玻璃纤维和80％至55％的聚碳酸酯组成。密度为3.6行/cm至5行/cm和2列/cm至2.7列/cm。该区域中每单位面积重量为550g/m2至1800g/m2。这两个区域形成无缝或无接头的单一编织件。这两个区域彼此扩展，且并非是两个叠加层。
将3D预制件放置在具有柔性反模具的钢模具中。全部加热至200℃至250℃的温度和3巴至10巴的压力。
成品在图4中示出。适当聚合物的使用使得纯聚合物在转化后透明。
纯聚合物区域中的机械性能为从1GPa至4GPa的杨氏模量和40MPa至70MPa的断裂强度；且在复合物区域的机械性能为从4GPa至19GPa的杨氏模量和50MPa至600MPa的断裂强度。
结合根据本发明的技术，合适聚合物的选择使得其能够获得具有预期厚度的形状和预期透明度这两者。
实例3：复合物主体上的表面层
图5a示出了使用第一编织的3D预制件、使用按体积计33％至45％的玻璃纤维及按体积计67％至55％的聚碳酸酯组成的混合纤维生产的复合物产品1。
密度为3行/cm至6行/cm和2列/cm至2.8列/cm。该区域中每单位面积重量为600g/m2至1500g/m2。纤维2呈现在表面上。
图5b示出了用聚合物层3包覆的复合物产品1。使用第二编织的3D预制件、用聚氨酯纤维获得的聚合物层3。
密度为3行/cm至6行/cm和2列/cm至2.7列/cm。该区域中每单位面积重量100g/m2至200g/m2。
将这两个预制件一起放入具有柔性反模具的刚模具中。全部加热至200℃至215℃的温度和1巴至4巴的压力。
本发明使得其能够修饰复合物物体的表面层。这有利于促进漆料的添加或任何其他的表面处理。如果纯聚合物层足够厚，则该纯聚合物层能够完全覆盖复合物纤维，并将复合物纤维与外界隔离。
根据聚合物材料的选择，能够在其上负载着色颜料并从而创建漆料涂层。在此情况下，例如，将选择聚碳酸酯或PMMA作为聚合物材料。
本发明还使得其能够用静电消散剂使聚合物材料带电，从而使得成品带有防静电层。
实例4：在复合物主体上的表面层添加层
图5a示出了根据用于生产复合物材料的任意技术生产的复合物产品1。
图5b示出了用聚合物层3包覆的复合物产品1。使用编织的3D预制件、用纤维获得了聚合物层3，该纤维的熔融温度低于复合物产品1的基质(例如PMMA)的熔融温度。
密度为3行/cm至6行/cm和2列/cm至2.7列/cm。该预制件每单位面积重量为100g/m2至200g/m2。
编织的预制件覆盖在复合物产品1之上。将3D预制件放置在具有柔性反模具的钢模具中。全部加热至140℃至190℃的温度和1巴至4巴的压力。
本发明使得其能够修饰复合物物体的表面层。这有利于促进保护层(相当于清漆)、漆料的添加，或任何其他的表面处理。如果纯聚合物层足够厚，则该纯聚合物层能够完全覆盖复合物纤维，并将复合物纤维与外界隔离。
根据聚合物材料的选择，能够在其上负载着色颜料并从而创建漆料涂层。在此情况下，例如，将选择聚碳酸酯或PMMA作为聚合物材料。
本发明还使得其能够用静电消散剂使聚合物材料带电，从而使得成品带有防静电层。
本发明不限于这些实例，并且在不脱离本发明的范围的情况下也可以实现其他功能。
需注意，并非所有上述一般说明或实例中的行为都是必需的，可能不一定需要具体行为的一部分，并且除描述的那些行为外，还可执行一个或多个进一步的行为。此外，所列行为的次序不一定是执行它们的次序。
上面已经参考具体实施例描述了益处、其他优点及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案及可使任何益处、优点或解决方案被想到或变得更加显著的任何特征都不被认为是任何或所有权利要求的关键、所需或必要的特征。
本文所述的实施例的说明书和图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和图示并不旨在用作对使用了本文所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。单独的实施例也可在单个实施例中以组合的方式来提供，并且相反地，为简明起见而在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地提供或以任何子组合的方式来提供。此外，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值和所有各值。只有在阅读本说明书之后，许多其他实施例对于技术人员才是显而易见的。通过本公开内容可以利用和得到其他实施例，使得可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其他改变。因此，本公开应被视为说明性的而非限制性的。

Claims (14)

1.一种用于制造聚合物产品的方法，其中所述方法包括以下步骤：
a)纬编纱线或纱线组，其中所述纱线或纱线组包括按体积计90％至100％的聚合物材料；
b)以三维和连续件来生产干燥预制件；所述预制件对应于待获得的成品的形状；
c)通过在压力下加热以至少达到90％至100％的聚合物材料的熔点温度而将所述预制件固结，以及
d)冷却所述成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过编织直纬来进行所述纬编。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中最终产品的至少一个区域包括按体积计95％至100％的聚合物材料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物材料选自：聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、或其组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述干燥预制件是用从2行/cm至7行/cm、优选从3行/cm至6行/cm，以及从2列/cm至3列/cm的密度而生产的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述干燥预制件具有100g/m2至1500g/m2、优选从500g/m2至1300g/m2的每单位面积重量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b)之后，将所述聚合物材料的所述干燥预制件沉积在打算形成复合物产品的预制件上，并且其中步骤c)进一步包括允许两个所述预制件固结在一起。
8.根据权利要求1、2、3、4、5和6中任一项所述的方法，其中在步骤b)之后，将所述聚合物材料的所述干燥预制件沉积在预先固结的复合物部件上，并且其中步骤c)进一步包括允许将所述干燥预制件熔融以及将所述干燥预制件与所述复合物部件固结或粘附在一起。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中一条或多条所述纱线包括填料，所述填料加入到配制所述聚合物或纺织所述纱线的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述填料包括着色颜料。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述填料包括静电消散剂。
12.通过以3D编织直线纬纱而获得的干燥预制件用于制造产品的用途，其中所述产品包括至少一个区域，所述至少一个区域包括按体积计90％至100％的聚合物材料。
13.通过以3D编织直线纬纱而获得的干燥预制件用以包覆包括按体积计90％至100％的聚合物材料的一层复合物产品的用途。
14.通过以3D编织直线纬纱而获得的干燥预制件用以组装两个不同物体的用途。
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