CN115298367A - 浸渍纱线，含浸渍纱线的带肋薄壁复合材料产品，及制造该纱线和该复合材料产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及浸渍纱线、包含这种浸渍纱线的带肋薄壁复合材料产品以及制造它们的方法。这种浸渍纱线（10d；10e）包括包含植物纤维（11）的至少两个连续的线股（10a；10b），所述线股（10a；10b）在其体积的至少60%中浸渍有热塑性材料（12a），所述线股（10a；10b）中的每一者被单独加捻（T1），并且所有所述线股（10a；10b）也被加捻成由热塑性材料（12a）保持的构型（10d）。

Description

浸渍纱线，含浸渍纱线的带肋薄壁复合材料产品，及制造该纱 线和该复合材料产品的方法

技术领域

本发明涉及由纱线制成的肋增强的薄壁复合材料产品的领域，以及用于在这种带肋薄壁复合材料产品的制造中使用的浸渍纱线。

这种薄壁复合材料通常用于形成具有改善的机械性能的部件，同时保持部件轻质。

背景技术

如果希望在弯曲以及在压缩方面对薄壁复合材料产品进行增强，如在WO2017099585中的那样，已知提供呈带肋网或格栅形式的突出增强件，其中这些肋通过模制而形成在基板上方和/或下方。

从EP2648890中已知某些类型的薄壁复合材料产品，特别是带有具有第一厚度的纱线和具有大于第一厚度的第二厚度的纱线，并且这些纱线用作薄壁复合材料产品的一个面上的增强成形肋。这些具有第二厚度的纱线由加捻的植物纤维组成，这种加捻尤其为这些具有第二厚度的纱线提供了更好的抗压性能。

文献WO2019087141涉及一种用聚合物浸渍由纱线组件形成的格栅的方法，该方法提高了浸渍的质量，其目的是提高薄壁复合材料产品的弯曲性能，该薄壁复合材料产品在诸如垫的扁平基部支撑件上包括该格栅。为此，将聚合物颗粒撒在交织纱线网格的一侧上，以便获得在一侧上具有较大量聚合物的网格，这另外减轻了包括这种格栅的薄壁复合材料产品。然而，当需要高机械性能的浸渍纱线时，这种方法是不合适的，因为该网格的纱线的浸渍是非常局部化的。

EP2813607A1描述了纤维束穿过浸渍单元以形成浸渍纱线，其中该浸渍单元包含液态热塑性聚合物浴。事实证明，在实践中，仅仅穿过液态聚合物浴并不确保纤维束在其整个体积中完全和完美的浸渍，而是在纤维束的表面上非常局部化的浸渍。这种随机和不充分的浸渍并不保证薄壁复合材料产品内的增强纱线的优化和可再现的性能。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种解决方案，其允许获得浸渍纱线，对于该浸渍纱线而言，纤维的浸渍得到改善，由此该浸渍纱线的机械性能得到提高。

本发明的另一个目的是提供一种用于制造浸渍纱线的方法以及由该制造方法得到的浸渍纱线，其没有已知制造方法和浸渍纱线的限制。

本发明的另一个目的是提供一种制造带肋薄壁复合材料产品的方法以及由该制造方法产生的带肋薄壁复合材料，其没有已知制造方法和薄壁复合材料的限制。

本发明的另一个目的是提供一种制造薄壁复合材料产品的方法，该薄壁复合材料产品用由纱线形成的肋来增强，从而形成优于现有技术的带肋薄壁复合材料产品。

根据本发明，这些目的尤其借助于基于包含植物纤维的至少一个线股制造浸渍纱线的方法来实现，在该方法中实施以下步骤：

- 提供包含植物纤维的至少两个连续的线股，

- 提供浸渍罐，该浸渍罐界定入口和出口之间的弯曲的通道，

- 以熔融状态的热塑性聚合物材料浴对罐进行供给，熔融状态的热塑性聚合物材料永久地填充所述通道，

- 布置所述线股，使得：它们在浸渍罐的上游彼此分离，它们穿过所述入口进入浸渍罐，它们同时地遵循该通道，且与此同时浸入在液态热塑性材料中，并且具有与通道的一个面接触的至少一个接触区，并且它们穿过所述出口离开浸渍罐，以及

- 通过使所述线股连续地前进来浸渍所述线股，从而形成浸渍有热塑性材料的线股，由此形成浸渍纱线；

- 其中当所述线股穿过浸渍罐20时，所述线股中的每一者具有沿着第一方向的捻度T1，以及

- 其中，在浸渍步骤之后，还执行纱线加捻步骤，在该纱线加捻步骤期间，在浸渍罐的下游，实现所有线股的总捻度，该总捻度对应于线股之间的捻度T2，而热塑性材料仍处于液态，由此热塑性材料在处于其加捻在一起的状态的线股之间产生结合，从而导致形成浸渍和加捻纱线，并且其中，所述总捻度T2沿着不同于第一取向的第二取向实现。

与现有技术相比，这种解决方案的优点在于允许通过热塑性材料对纤维进行良好的浸渍，且尤其允许不获得这样的浸渍纱线：其中，仅线股的表面部分被浸渍，而未系统地对线股和由该方法得到的浸渍纱线的芯进行浸渍。

由根据本发明的制造方法得到的这种浸渍纱线具有更好的机械强度，这是由于这种改进的浸渍、且特别是更随后（conséquent）的浸渍所致，特别是通过到达形成纱线的一个或多个股线（或长丝）的中心部分的纤维，因此，其允许实现如此获得的纱线本身的改进的浸渍。通过热塑性材料浸渍了每一线股的更大比例的体积，这导致整个纱线的更大比例的体积被浸渍。

在一个或多个线股在液态热塑性材料浴中穿过的过程中，特别是由于与浸渍罐表面的接触，得以确保这种良好的浸渍，因为通过抵靠硬表面进行摩擦，一个或多个线股变平，其允许（通过一个或多个线股的这种打开）使纤维展开，且从而允许使每个线股的所有或大部分纤维与液态热塑性材料直接接触。与界定通道的罐壁的接触也产生了局部过压，这迫使热塑性材料渗透到线股中，并对线股的更多的或甚至所有的纤维进行涂覆。

同样根据本发明，提供了一种浸渍纱线，其具有包含植物纤维的至少两个连续的线股，其中线股的第一单捻是在第一方向上（所述线股中的每一者具有在第一取向上的单独捻度），而线股的第二总捻在不同于第一方向的第二方向上（所有所述线股具有在不同于第一取向的第二取向上的总捻度）。优选地，所述线股在其体积的至少60%中浸渍有热塑性材料，所述线股中的每一者被单独加捻，并且所有所述线股也被加捻成由热塑性材料保持的构型。

因此，这种浸渍纱线既表现出每个线股的单捻，也表现出总捻。应当理解，热塑性材料允许既在线股/长丝的单独加捻构型（线股的单捻）中、也在线股/长丝的一起加捻构型（形成加捻纱线的线股总捻）中在所有线股/长丝之间形成结合。

如下文将详细介绍的，这导致了具有高机械性能的浸渍纱线。其中，由于针对每一线股和在所有线股之间的这种双层加捻，这种浸渍纱线具有改善的弯曲、拉伸和压缩强度。

根据一个实施例，浸渍纱线还包括至少一个绑线，该绑线围绕所有所述线股螺旋卷绕，从而形成浸渍和捆扎纱线。这种绑线改善了纱线截面的形状保持性，并且尤其有助于限制纱线的压碎，该纱线旨在在薄壁复合材料产品的表面上形成肋。因此，该绑线是可选的。如果该绑线围绕浸渍纱线存在，则可以提供两个螺旋卷绕的绑线作为替代，它们可以在相同的方向上，或者优选地在相反的方向上。

浸渍纱线中还可存在以下规定中的一者或多者：

- 所述线股的外部纤维与浸渍纱线的纵向方向或主方向形成-20°至+20°之间的角度，

- 线股具有的单独捻度在50至300tpm之间，优选在100至200tpm之间，

- 浸渍纱线包括三至六个之间的线股，每个线股的重量在200至800特之间，优选在300至600特之间。

此外，根据本发明，提出了一种用于制造薄壁复合材料产品的方法，该方法包括以下步骤：

- 提供支撑件，诸如垫，

- 根据本文所描述的方法制造浸渍纱线，

- 组装浸渍纱线以形成网格，浸渍纱线在该网格中交叉，

- 堆叠网格和支撑件，以及

- 对堆叠的网格和支撑件进行压缩模制，由此形成具有带肋面的复合材料产品，所述肋至少部分地由浸渍纱线产生。

同样根据本发明，提出了一种用于制造薄壁复合材料产品的方法，该方法包括以下步骤：

- 根据本文所描述的方法制造浸渍纱线，

- 提供尺寸小于浸渍纱线的基础纱线，

- 用所述浸渍纱线对基础纱线进行编织或针织，以形成预成型件，

- 对预成型件进行压缩模制，由此形成具有带肋面的复合材料产品，所述肋至少部分地由浸渍纱线产生。

此外，根据本发明，提供了一种解决方案，由此提供了一种包括如本文所述的浸渍纱线的薄壁复合材料产品，所述复合材料产品具有带肋面，所述肋至少部分地由所述浸渍纱线产生。

这些肋的存在使得有可能增加由这种薄壁复合材料产品形成的部件或者结合有这种薄壁复合材料产品的部件的抗弯刚度，同时略微增加该部件的重量。这些肋的存在还使得可以改善该部件的冲击性能，在冲击期间，这些肋减缓了该部件中裂纹的扩展，从而限制了损坏，避免了碎片的投射，并增加了对冲击能量的吸收。

如本文所使用的，术语“薄壁”复合材料产品是指复合材料产品的壁厚不超过复合材料产品或包含复合材料产品的制品的最小尺寸的10%。或者，在本发明的范围内，术语“薄壁”复合材料产品是指复合材料产品的壁厚不超过这种复合材料产品或包含这种复合材料产品的制品的最小尺寸的5%。

如此形成的薄壁复合材料产品旨在特别地但非限制性地形成机动车辆内部的部件或部件的一部分，例如仪表板、门盖、立柱和控制台盖板、顶部、行李箱盖。它还可以用于制造手提箱壳体、车身等。

本发明还涉及一种用于制造包括薄壁部分的制品的方法，其中所述薄壁部分由根据本文所描述的方法制造的薄壁复合材料产品形成或包括该薄壁复合材料产品，所述制品属于包括以下各者的组：

汽车车身部件，包括门、顶部、发动机罩、挡泥板、扰流器、前后保险杠、空气动力学套件；或汽车内部部件，包括门盖、仪表板、中央控制台、立柱饰件、行李箱饰件、车顶；或运动用品，如独木舟壳体、皮艇或轻型船船体、自行车车架；或家具部件；或飞行器内部部件，包括侧板、顶板、行李舱；或轻型飞行器空气动力学部件，包括发动机罩、轮盖；或任何可移动机器的空气动力学整流罩；或手提箱壳体。

附图说明

本发明的实施例示例在由附图所图示的说明中被示出，其中：

图1示出了浸渍纱线的制造方法的不同步骤和所得的浸渍纱线，它们不是本发明的一部分，

图2示出了具有两个线股的浸渍纱线的制造方法的不同步骤以及由根据本发明的该制造方法所得的浸渍纱线，

图3示出了根据本发明的浸渍纱线的制造方法的三线股变型的各个步骤和所得的浸渍纱线，

图4示出了用于制造浸渍纱线的单元，该单元允许实施图3中所示的制造方法变型，

图5示意性地示出了浸渍罐的可能的实施方式，其允许实施一根或多个线股的浸渍步骤，所述一根或多个线股将成浸渍纱线，

图6A和6B分别示出了根据本发明的包括浸渍纱线的带肋薄壁复合材料产品的第一侧和第二侧，

图7是图6B的区域VII的放大视图，其示出了在图6A和6B的复合材料产品的一侧上形成肋的浸渍纱线，以及

图8示出了形成另一种类型的浸渍纱线的制造方法的各个步骤，且这不在本发明的范围内。

具体实施方式

参考图1，图1从图1的右侧到左侧示出了不是本发明的一部分的浸渍纱线的制造步骤，箭头F1表示输入，且箭头F2表示输出。在此，单线股10a被用于连续地形成浸渍纱线10e。初始地（在箭头F1之后，步骤A），线股10a是从线轴取下的连续的条状物，并且包括植物纤维11，植物纤维的方向不必被控制。例如，该线股10a包括短亚麻/亚麻线纤维，这些纤维基本上彼此平行并且平行于线股10a的总体方向。然后，（步骤B），优选但非必要地，在第一方向上实现线股10a的捻度T1，从而根据单独的捻度形成加捻线股10b，该单独的捻度在与线股10a的总体方向P0不平行的方向上（图1中用于外部纤维11的角度β）对纤维11进行定向。这种捻度的目的是增加线股的撕裂强度，且从而避免在下一个浸渍步骤期间发生断裂。然而，该单独的捻度T1将是小的（例如，相对于线股10b的方向P0在0°和20°之间的角度β），以便于在下一步骤中的良好浸渍。根据另一种可能性（没有图1中的步骤A），直接从已经在线轴上单独加捻的线股10b开始，该线轴对生产线进行供给。然后，（步骤C），用液态热塑性材料12a来对加捻线股10b（或未加捻的线股10a）进行浸渍，该液态热塑性材料12a例如存在于浸渍罐20中的热塑性聚合物（或热塑性聚合物的混合物）。将在下面详细描述该特定浸渍步骤C。获得了浸渍的、可能加捻的线股10c，在图1的该情况下，利用单线股还形成了浸渍纱线10e。

在不是本发明的一部分的图8的情况下，示出了替代性情况，在这种替代性情况中，制造方法包括上述的步骤A、C和下述的步骤E，但不包括步骤B和D：没有单捻T1，也没有附加的单捻T1'。该图8具有单线股10a（其纤维11基本上平行于线股10a的方向P0），以形成浸渍纱线10e，但是在图8的该方法的范畴内，可以使用两个线股10a、三个线股10a或甚至更多线股10e，因此在整个方法中，特别是在浸渍步骤C和（可选的）捆扎步骤E期间，这些线股保持未加捻状态。

然后，如图1所示，在浸渍罐20的出口处，但是可选地且非必需地，纱线10c可以被加捻（步骤D），并且如果它之前已经被加捻（加捻T1的步骤B或已经提供的加捻线股），则这是附加的。这种单独的（附加的）加捻T1'沿着与单独的捻度T1相同的方向（第一加捻取向）发生，其增加了纱线的径向抗压强度，并且，在浸渍罐20中的外部纤维11的较低捻度T1（角度β）有利于良好的浸渍。作为在罐出口处的纱线的捻度T1'（步骤D）的补充或替代，优选但非必需的最后步骤E包括将绑线13围绕加捻的浸渍线股10c放置，从而形成螺旋，并且这是在穿过浸渍罐20之后，而已经对浸渍纱线进行浸渍的热塑性材料12a仍然是液态并且还没有完全硬化。结果则是经浸渍且经捆扎的纱线10e，其中固化的热塑性材料12b用作结合物，以便一方面在纤维11之间纤维11的位置和方向，且另一方面在浸渍和捆扎纱线10e内与绑线13一起保持纤维11的位置和方向，浸渍和捆扎纱线10e具有良好的内聚力，从而赋予其良好的径向抗压性能。在出口处（箭头F2），已经形成了浸渍和捆扎纱线10e，该纱线可以卷绕到线轴上以供进一步使用。

参考图2，图2示出了结合图1和图8刚刚描述的用于制造单线股浸渍纱线的方法的变型，其构成了落入本发明范围内的方法，其中两个线股10a（步骤A）或10b（步骤B）被用于形成根据本发明的浸渍纱线。在浸渍罐20中用液态热塑性材料12a浸渍每个加捻线股10b（步骤C），且然后利用捻度T2将两个浸渍的加捻线股10c加捻在一起。以这种方式，形成的浸渍纱线10d大于每个单独的浸渍的加捻线股10c，并且这是在热塑性材料仍然是液态12a时，在任何情况下都没有固化的情况下。以这种方式，这种热塑性材料在两个浸渍的加捻线股10c之间作为结合物，其在浸渍纱线10d中保持了两个浸渍的加捻线股10c之间的总捻度的构型。在可选但优选的将螺旋结合线13围绕浸渍线股10d铺设的最终步骤E中，因为热塑性材料12a仍然是液态并且还没有完全固化，所以它还作为结合物，将围绕浸渍纱线10d的螺旋结合线13保持在一起，并且形成浸渍和加捻纱线10e。一旦热塑性材料12b固化，它就保持这些结合。

现在参考图3，图3示出了根据本发明的用于制造浸渍纱线的方法的变型，其中三个扁平线股10a（步骤A）或三个加捻线股10b（步骤B）被用于形成浸渍纱线。在浸渍罐中用液态热塑性材料12a浸渍每个加捻线股10b（步骤C），且然后在总捻T2中将三个浸渍的加捻线股10c加捻在一起（步骤D）。以这种方式，形成的浸渍纱线10d大于每个单独的浸渍的加捻线股10c，并且这是在热塑性材料仍然是液态12a时，在任何情况下都没有固化的情况下。以这种方式，这种热塑性材料12在三个浸渍的加捻线股10c之间提供了结合物，其保持了浸渍纱线10d中的三个浸渍的加捻线股10c之间的总捻度模型。如图3所示，如果围绕浸渍纱线10d使用螺旋绑线13，而热塑性材料12a仍然是液态并且还没有完全固化，则该热塑性材料12a不仅在浸渍纱线10d的三个浸渍的加捻线股10c之间提供结合，而且提供一种结合，该结合保持螺旋绑线13围绕浸渍纱线10d，并且形成浸渍和捆扎纱线10e。一旦热塑性材料12b固化，它就对这些结合进行保持。

关于图1、图8、图2和图3，已经描述了浸渍纱线由单线股、两个线股或三个线股制成的情况，但是应该理解，根据本发明，可以使用甚至更多的单独加捻和加捻在一起的线股（四个线股、五个线股或更多线股）。

要注意的是，在本文中,“浸渍和捆扎纱线”的表述可以由“浸渍纱线”代替，并且反之亦然，因为在本发明的上下文中，围绕浸渍纱线以螺旋状布置的绑纱线13的使用不是一贯的。

我们参考图5，图5示出了实施浸渍步骤的一种可能性，浸渍罐20填充有液态热塑性材料12a，并在浸渍罐20的入口20a和出口20b之间限定了通道21。根据允许由液态热塑性材料12a对线股10b进行良好浸渍的基本规定，在每个加捻线股10b所遵循的通道21中存在一个或多个接触区20c，该接触区20c具有属于通道21的面的壁，因此属于浸渍罐20的内面。在图5所示的图中，这些接触区20c位于放置在浸渍罐20中的柱体22的侧面上，并被加捻线股10b绕过，加捻线股10b因此穿过波浪形通道21。未示出的其它构型也是可能的，以迫使加捻线股10b单独接触抵靠通道21的面，同时线股10b浸入液态热塑性材料12a中，例如利用浸渍罐20的之字形壁。一般来说，通道21是弯曲的。

因此，可以理解的是，由于这些接触区上的这种摩擦和加捻线股10b的压力，有利于液态热塑性材料12a渗透到加捻线股10b中，并且这尤其是因为这种接触倾向于使加捻线股10b的纤维11彼此分开，并且在液态热塑性材料12a上产生局部过压。在通道21和上述接触件的出口处，获得浸渍的加捻线股10c，其具有与在浸渍罐中穿过之前的加捻相一致的单独捻度T1，这些加捻线股被高度浸渍或者甚至完全浸渍有热塑性材料12a。得益于这种布置，执行了有效的浸渍步骤，这使得可以在浸渍罐20的出口处获得浸渍线股10c，这些浸渍线股10c在它们体积的至少60%中，通常在它们体积的至少70%中，优选在至少80%中，或者甚至至少在90%或95%中浸渍有热塑性材料。在一些情况下，可以在浸渍线股10c的全部（100%）体积中获得热塑性材料的浸渍。在实施根据本发明的制造方法的制造线末端处，这种大量的热塑性材料以该相同的比例存在于纱线中。

在对应于图3的实施例中，当线股穿过浸渍罐20时，所述线股中的每一者具有根据第一取向的捻度T1：该单独的捻度例如在50和300tpm之间，优选在100和200tpm之间。该第一取向例如是S形的。捻度T1的第一取向导致形成具有外部纤维11的线股10b，该外部纤维11相对于线股10a的总体方向P0呈角度β。

根据本发明，所述浸渍纱线10d包括至少两个加捻线股10b（优选三个加捻线股10b），它们在浸渍罐20的上游彼此分离并同时穿过所述通道21。例如，浸渍纱线10d包括2至10个200至1500特的单线股，优选3至6个200至800特的单线股，优选3至6个300至600特的单线股。根据一个替代实施例，使用并行工作的若干个独立浸渍罐，一个浸渍罐用于浸渍每个线股10b。

例如，加捻线股10b穿过浸渍罐20的入口20a处的校准孔（在图5的右侧）进入浸渍罐，该孔足够大以避免堵塞，但又足够小以避免液态热塑性材料（例如聚丙烯）的泄漏（例如，用于三个各自555特的加捻线股10b的直径为2.5 mm的孔）。此外，例如，浸渍的加捻线股10c穿过浸渍罐20的出口20b处的校准孔（在图5的左侧）出现，其将确定浸渍纱线10d的最终半径和该浸渍纱线10d的热塑性材料的量（例如，用于三个各自555特的加捻线股10b的直径为2 mm的孔）。该出口孔的直径将被调节，以在浸渍纱线10d中获得所需份额的热塑性材料和纤维。在浸渍纱线10d中，该份额通常为按重量30%至70%的热塑性材料，优选为按重量40%至60%的热塑性材料。

根据一个实施例，单线股10a或10b或每个线股10a或10b仅由植物纤维组成。这些植物纤维属于包括以下材料的组：亚麻、大麻、西沙尔麻、黄麻、马尼拉麻、洋麻、荨麻、苎麻、木棉、马尼拉麻、剑麻（henequen）、菠萝、香蕉植物、棕榈和木纤维。

根据一个实施例，用于浸渍的热塑性材料包括聚合物，该聚合物属于包括以下材料的组：聚烯烃、聚丙烯（PP）、马来酸酐接枝聚丙烯（maPP）、聚乙烯（PE）聚酰胺或共聚酰胺、聚酯或共聚酯、热塑性聚氨酯、共聚甲醛、热塑性纤维素酯（乙酸丙酸纤维素）、聚乳酸（PLA）或其衍生物或其混合物。例如，使用聚丙烯和马来酸酐接枝聚丙烯（maPP）的混合物，其有利于聚合物与天然纤维的粘合。例如，这种混合物可以与按重量3%至10%的maPP一起使用。

根据一个实施例，热塑性材料在浸渍罐20中的粘度使得熔体流动指数大于10 g/10min，优选大于34 g/10min。熔体流动指数是指根据ISO 1133标准在230℃下在2.16 kg的负载下以g/10min为单位的测量值。

根据一个实施例，熔融热塑性材料12a在浸渍罐20中的粘度在10和10,000 Pa.s之间，优选在20和1000 Pa.s之间，并且优选在50和500 Pa.s之间。该粘度对应于1 sec-1的低剪切速率粘度。通常，在浸渍罐20中浸渍期间，热塑性材料的温度在150℃和250℃之间。

为了实施如上文特别是关于图1至图3所描述的用于制造浸渍纱线的方法，可以使用如图4示意性示出的制造单元100。在入口F1和出口F2之间，仍存在图1至3中的从右向左的前进方向。在该制造单元100的入口处，三个线轴110允许向制造单元100供给三个加捻线股10b，对应于图3的步骤B。

在所示的情况下，加捻线股10b通过穿过干燥模块120被干燥，该干燥在其他实施变型中可以被省略。然而，可以看出，天然纤维仍然具有4-8%的水分含量。当这些纤维11进入浸渍罐（该浸渍罐被加热到例如190℃）时，这些水分形成水蒸气并从纤维中逸出。当蒸汽逸出时，它使热塑性材料移位且损害了形成线股的纤维的浸渍。在进入浸渍罐之前，加捻线股10b可以通过穿过干燥模块120非常容易地被干燥，干燥模块120包括管，该管具有100-150℃之间的热空气流。也可以预先干燥加捻线股10b，并在干燥的氛围中保持线圈在线轴110上退绕。

以这种方式，在一个或多个线股10b进入浸渍罐20之前，对所述一个或多个线股10b进行了干燥。

上文所描述的浸渍罐20直接布置在干燥模块120的下游，挤出机23将液态热塑性材料供给到罐20。

在浸渍罐20的下游，制造单元100的端部包括驱动、卷绕和加捻模块140，该模块包括用于接收浸渍纱线10d（或浸渍和捆扎纱线10e）的线轴。以这种方式，当浸渍纱线10d的自由端部穿过驱动、卷绕和加捻模块140，并且所述驱动、卷绕和加捻模块140被激活时，浸渍纱线整体地得以前进并且被加捻，并且随着浸渍纱线前进而被卷绕在支撑件上，从而获得加捻（并且可能捆扎）的浸渍纱线10d，该浸渍纱线10d卷绕在驱动、卷绕和加捻模块140的线轴上。

以这种方式，在浸渍步骤C之后，执行对浸渍纱线10d进行加捻的步骤（步骤D），在该步骤期间，在热塑性材料仍处于液态时，实现与浸渍罐20下游的所有线股之间的T2捻度相对应的总捻度，由此热塑性材料12a在这些线股10c之间实现结合（这些线股10c处于它们加捻在一起的状态），从而导致形成浸渍和加捻纱线10d。

根据本发明，总捻度在不同于第一取向T1的第二取向T2中实现。因此，如果每个股线10c的单独捻度T1在S方向上（相对于纱线前进方向为逆时针），则纱线10d在Z方向（相对于纱线前进方向为顺时针）上的总捻度将通过所述驱动、卷绕和加捻模块140来实现。

在这些条件下，选择加捻T2的程度，使得所述一个或多个线股10c的外部纤维11与浸渍纱线10d的纵向方向或主方向P1形成-20°至+20°之间的锐角或为零的小角度δ。根据另一种可能性，该角度δ在+10°和-10°之间，或者甚至在+5°和-5°之间，并且可能在+3°和-3°之间。“外部纤维”是指每个股线的位于浸渍（和加捻）纱线的表面上的纤维部分。实际上，在线股10b具有带有根据第一取向的一定加捻的纤维的情况下（如果累积捻度T1和T1'，则为角度δ，或者如果仅有捻度T1，则为角度β），通过根据第二取向（总捻度T2）将线股加捻在一起，在线股的外部纤维和纱线10d或10e的主方向P1之间形成的角度δ（以及在存在绑线13的情况下可能为ε）被减小，或者甚至被消除。这尤其可以在图3中看到，其中，纤维11在表示具有总捻度的浸渍纱线10d的部分D中是可见的，并且形成外部纤维，这些纤维11基本上平行于浸渍纱线10d的主方向P1（相对于P1，角度ε标注为接近0，即ε~ 0）。

其中外部纤维11在浸渍纱线10d中以0°（纵向）取向的这种情况致使浸渍纱线在弯曲时具有最大的刚性，当这些纱线在薄壁复合材料产品中被整合为表面肋时，这将导致良好的弯曲强度质量。

由于浸渍纱线的外部纤维主要受弯曲应力，具有为0°（纵向）的外部纱线纤维的纱线几何形状是有利的。这可以通过在与单线股相反的加捻方向上对若干单纱线进行加捻（T2加捻）来实现（如果单线股具有S形捻度T1，则对于T2捻度，纱线是在Z方向上被加捻），使得外部纤维为0°或接近0°。例如，以73tpm的捻度对具有158tpm捻度的555特的三个单线股进行加捻，则在1665特纱线（例如亚麻线）的外侧上产生0°的纤维角度。因此，通过将单线股加捻以形成大纱线，可以优化纤维角度11以具有良好的弯曲性能（外部纤维11为0°）和纱线的良好径向抗压强度（内部纤维11具有足够大的加捻角度）。

因为将所有单纱线10c加捻成更大纱线10d的步骤D操作是在热塑性材料12a仍处于熔融状态时进行的，所以这种总捻度产生了纱线10d的额外压缩，这进一步将热塑性材料压入单纱线10c的内部并增强了其浸渍。

在图1至图3所示的实施例中，执行以下步骤（步骤E）：提供绑线13，并且所述绑线13在浸渍罐的下游卷绕在浸渍有热塑性材料的浸渍纱线10d周围，从而形成浸渍和捆扎纱线10e。该绑线13围绕浸渍纱线10d成螺旋形放置，而热塑性材料12a仍然是液态，以确保该绑线13固定在浸渍纱线10d上，并获得浸渍和捆扎纱线10e的良好内聚力。例如，这种绑线的线性重量在10到60特之间，优选在15到45特之间。由绑线所增加的重量通常为浸渍和捆扎纱线10e的总重量的1-15%，优选2-10%。

在该绑线13的存在的各个优点中，应该注意的是，它有助于保持浸渍和捆扎纱线10e的横截面为圆形，并且主要有助于增加其对径向压缩的抵抗力。当浸渍和捆扎纱线10e在薄壁复合材料产品中用作其表面上的肋时，这是有利的，因为在薄壁复合材料产品的制造过程期间，该产品被压力下的柔性膜或柔性垫（例如硅树脂基底）压缩。在此过程中，肋的螺纹趋向于被压碎，且从而降低了肋的有效性。由于弯曲应力中的刚度取决于结构厚度的三次方，所以肋的厚度对薄壁复合材料产品的弯曲刚度具有主要影响。

绑线13可以是植物纤维纱线（例如亚麻/亚麻线、棉、大麻等）或者可以是合成纤维（聚合物纱线，诸如聚酯、聚酰胺或玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺）。在复合材料产品的加工温度（180-210℃）下，该绑线13不可以熔化或变得太柔软，否则当该部分被压缩时，绑线13将变形，并且其在限制和保持浸渍和捆扎纱线10e的形状方面失去其所有的效用。

因此，如果在浸渍纱线10e中存在加捻的绑线13，则该绑线13在将纱线作为一个整体进行加捻的步骤D之后被铺设（步骤E），同时绑线铺设模块130被布置在驱动、卷绕和加捻模块140的上游（之前）。应当理解，所有纱线线股的捻度（总捻度T2）是由驱动、卷绕和加捻模块140实现的，但是这种总捻度一直传播到浸渍罐20的出口（在图4中，在浸渍罐20的位于左侧的出口处，三个加捻的浸渍股线10c被区分（分开），且然后在浸渍纱线10d中结合）。

根据未示出的实施例，在浸渍罐的下游提供至少两根绑线13，并且当浸渍纱线10d前进穿过浸渍罐的出口时，所述绑线以不同方向围绕浸渍纱线10d螺旋地连续布置，由此形成浸渍和捆扎纱线10e。在一个实施例中，正好两根绑线13以相反的旋转方向围绕浸渍纱线10d螺旋地布置，由此，这两根绑线13在浸渍和捆扎纱线10e的表面处相交。

对于该绑线13或两根或更多根绑线13的安装，不同的方法是可能的。在第一解决方案中，浸渍纱线在绑线线轴内通过，所述线轴以确定的速度旋转，以实现期望的绑线密度。当线轴以高速旋转时，小绑线上的张力由围绕浸渍纱线以高速旋转的该绑线的惯性生成。可替代地，绑线的线轴可以围绕浸渍纱线旋转，并且绑线中的张力通过对线轴的退绕进行制动而生成。在任一情况下，除了绑线本身之外，浸渍纱线不与绑线输送单元接触，且这是为了不干扰在驱动、卷绕和加捻模块140和浸渍罐20之间发生的加捻过程。

对于驱动、卷绕和加捻模块140，可以使用卷绕系统，其中卷绕浸渍纱线的线轴既在其自身轴线上旋转以卷绕浸渍纱线，又在浸渍纱线的轴线上旋转以产生加捻。第二种方式是纺车方式，其中飞轮（épinglier）绕线轴旋转。飞轮的旋转速度决定捻度，并且线轴和飞轮之间的速度差控制浸渍纱线的供给速率。这两种速度的精确控制可以用步进电机、同步电机或伺服电机来完成。

根据图8中可见的另一种可能性（其不是本发明的一部分），初始线股10a呈具有对齐的纤维11的带状物的形式（纤维11相对于带状物或条状物的主方向P0具有接近0°的角度），其穿过浸渍罐中的熔融热塑性聚合物浴，然后绑线13围绕浸渍纱线10c螺旋铺设。

如前文所指出的，本发明还涉及一种包括如前所述的浸渍纱线的薄壁复合材料产品，所述复合材料产品具有带肋面，所述肋至少部分地由所述浸渍纱线产生，并且在一些情况下，所有肋都由浸渍纱线形成。

根据一种可能性，这种带肋薄壁复合材料产品包括以下步骤的方法产生：

- 提供支撑件，诸如垫，

- 根据前文所描述的方法制造浸渍纱线，

- 组装浸渍纱线以形成网格，浸渍纱线在该网格中交叉，

- 堆叠网格和支撑件，以及

- 对堆叠的网格和支撑件进行压缩模制，由此形成具有带肋面的复合材料产品，所述肋至少部分地由浸渍纱线产生。

这种薄壁带肋复合材料产品30的示例在图6A和图6B以及图7中以部件的一部分的形式示出，该部件例如可以用作汽车内部的装饰部件。这种薄壁带肋复合材料产品30包括相互叠加和连接的网格32和支撑件34。网格32由浸渍和捆扎纱线10e形成，这些纱线通过组装线以互锁的方式保持在一起，该组装线例如为聚酯的，例如10至100分特的线，该组装线通过与网格32的浸渍和捆扎纱线10e缝合、针织或编织来被施加。

或者在压缩模制步骤期间，或者在热预层压步骤期间，网格32和支撑件34之间的结合由聚合物本身形成。可替代地，网格32可以缝合到基底34上。

根据另一种制造方法，提供两个支撑件34，并且网格32与两个支撑件34堆叠在一起，两个支撑件34位于所述网格32的任一侧上，以形成夹层堆叠。

根据一个实施例，支撑件34（或两个支撑件）选自属于以下列表的编织材料支撑件、非编织材料支撑件或非编织材料支撑件34：单向纤维网（11）、单向纤维网（11）的叠加（多向网）和随机分布纤维垫。

根据一个实施例，所述基底34（或两个基底）用聚合物（或更一般的热塑性材料）预浸渍，该聚合物（或更一般的热塑性材料）与网格的浸渍纱线的聚合物（或更一般的热塑性材料）相同或不同。

根据一个实施例，网格32包括网孔大于或等于1 cm、优选在1 cm和6 cm之间、优选在1 cm和3 cm之间的网。

以上所描述的浸渍纱线被用于形成网格32或格栅。格栅可以在两个方向上具有平行的纱线，以产生正方形、矩形或平行六面体网。它也可以具有三个或四个纱线方向。取决于所用纱线的尺寸，正方形网格栅通常具有5-100 mm的网目尺寸，使用1500特的浸渍亚麻纱线的话，则正方形网格栅通常具有10-30 mm的网目。格栅可以通过纺织方法制成，例如通过针织的方式用细线将浸渍纱线绑在一起。也可以通过加热或通过超声波在浸渍纱线的交叉处对其进行热焊接来获得格栅。为了获得期望的最终复合材料产品，则在热压步骤中将格栅与其它复合材料层（例如天然纤维和PP的垫，或者聚酯纤维和PP的垫等）结合。

根据另一种可能性，提出了一种用于制造带肋薄壁复合材料产品的方法，该方法包括以下步骤：

- 根据前文所描述的方法中的一者制造浸渍纱线，

- 提供尺寸小于浸渍纱线的基础纱线，

- 用所述浸渍纱线对基础纱线进行编织或针织，以形成预成型件，

- 对预成型件进行压缩模制，由此形成具有带肋面的复合材料产品，所述肋至少部分地由浸渍纱线产生。

具有浸渍线的预成型件必须被成形，以便获得具有增强肋的所述复合材料产品。若干方法是可行的。对于热压，预成型件在烘箱中被加热以熔化热塑性聚合物。基础层和包含浸渍纱线的预成型件可以要么被预先结合并一起被加热（如果它们的温度和加热方法匹配），要么分开地但同时地被加热。将预成型件和基础层放置在压机的模具中，并关闭压机以压实和形成复合材料产品。一旦聚合物已经冷却并固化，部件就脱模。所用的模具在部件的光滑侧上是刚性的，但在带肋侧上具有柔软基底，例如2-10 mm的硅树脂层，从而不会压碎由稍早所描述的浸渍纱线10d或10e所产生的肋。可选地，压力可以通过在带肋侧上加压的柔性膜来施加。此外，加热和冷却循环可以在模具中完成。

可以使用沉积机器人在特定选择的位置处获得肋，该沉积机器人将根据特定的增强图案将期望的浸渍纱线10d或10e精确地沉积在基础层（例如垫）上。可以通过熔化聚合物或通过局部缝合浸渍纱线来实现与基础层的结合。

本文所介绍的复合材料产品是薄壁的，这意味着它最初通常呈片或板的形式，其一个尺寸比其他两个尺寸小得多（至少小10倍）。

这种复合材料产品可具有各种各样的几何形状，包括：扁平片、非平面片（包括具有凸侧和凹侧的偏）或波纹片、三维中空形状（包括具有圆形横截面、多边形横截面的中空管）或其他形状（包括任何三维薄壁壳体）。

因此，并且以非限制性的方式，提出制造包括薄壁部分的制品，其中所述薄壁部分由根据前文所描述的方法中的一者制造的薄壁复合材料产品形成。这种包含薄壁复合材料产品的制品可用于各种应用中，且特别是属于包括以下各者的组：

汽车车身部件，特别是门、顶部、发动机罩、挡泥板、扰流器、前后保险杠、空气动力学套件；或汽车内部部件，特别是门盖、仪表板、中央控制台、支柱饰件、行李箱饰件、车顶；或运动用品，如独木舟船体、皮艇或轻型船船体、自行车车架；或家具部件；或飞行器内部部件，包括侧板、天花板、行李舱；或轻型飞行器空气动力学部件，包括发动机罩、轮盖；或任何可移动机器的空气动力学整流罩；或手提箱壳体。

[表一]

附图标记列表

A （多个）线股10a供给步骤

B （多个）线股10a的加捻步骤

C （多个）线股10b的浸渍步骤

D 整体线股10c的加捻步骤

E 在纱线10d上铺设绑线13的步骤

F1 输入

F2 输出

T1 单线股加捻

T1' 附加的单线股加捻

T2 总纱线加捻

P0 线股的主方向

P1 纱线的主方向

Α 外部纤维11和线股10a之间的角度（步骤A）

Β 外部纤维11和线股10b之间的角度（步骤B）

Δ 外部纤维11与浸渍和加捻纱线10d之间的角度（步骤D）

Ε 外部纤维11与浸渍、加捻和捆扎纱线10e之间的角度（步骤E）

10a 扁平线股

10b 加捻线股

10c 加捻浸渍线股（如果只有一个线股的话，则为浸渍纱线）

10d 具有总捻度的浸渍纱线

10e 浸渍和捆扎纱线

11 纤维

12a 液态热塑性材料

12b 硬化热塑性材料

13 绑线

20 浸渍罐

20a 罐入口

20b 罐出口

20c 线股在通道21中的接触区

21 通道

22 柱体

23 挤出机

30 薄壁带肋复合材料产品

32 网格

34 支撑件

100 制造单元

110 线轴

120 干燥模块

130 绑线铺设模块

140 驱动、卷绕和加捻单元。

Claims (23)

1.一种基于包含植物纤维（11）的至少两个线股（10a；10b）制造浸渍纱线（10d；10e）的方法，其中，在所述方法中执行以下步骤：

- 提供包含植物纤维（11）的至少两个连续的线股（10a；10b），

- 提供浸渍罐（20），所述浸渍罐（20）界定入口和出口之间的弯曲的通道（21），

- 以熔融的热塑性聚合物材料（12a）浴对罐进行供给，熔融的热塑性聚合物材料（12a）永久地填充所述通道（21），

- 布置所述线股（10a；10b），使得：它们在所述浸渍罐（20）的上游彼此分离，使得它们穿过所述入口进入所述浸渍罐（20），使得它们同时地遵循所述通道（21），且与此同时浸入在所述热塑性材料（12a）中，并且具有与所述通道（21）的一个面接触的至少一个接触区（20c），并且使得它们穿过所述出口离开所述浸渍罐（20），以及

- 通过使所述线股（10a；10b）连续地前进来浸渍所述线股（10a；10b），从而形成浸渍有热塑性材料（12a）的线股（10a；10b），由此形成浸渍纱线（10d；10e）；

- 其中，在所述线股（10a；10b）穿过（21）所述浸渍罐（20）的过程中，所述线股（10a；10b）中的每一者具有在第一取向上的捻度（T1），以及

- 其中，在浸渍步骤之后，进一步执行纱线加捻步骤，在该纱线加捻步骤期间，在所述浸渍罐（20）的下游，实现所有线股（10a；10b）的总捻度，所述总捻度对应于线股之间的捻度（T2），而所述热塑性材料（12a）仍处于液态，由此所述热塑性材料（12a）在处于其加捻在一起的状态的线股（10a；10b）之间产生结合，从而导致形成浸渍和加捻纱线（10d；10e），并且其中，所述总捻度（T2）在不同于所述第一取向的第二取向上实现。

2.根据权利要求1所述的制造浸渍纱线（10d；10e）的方法，其中，进一步执行以下步骤：

- 提供绑线（13）并在所述浸渍罐（20）下游围绕热塑性材料的浸渍纱线（10d）卷绕所述绑线（13），由此形成浸渍和捆扎纱线（10e）。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的制造浸渍纱线（10d；10e）的方法，其中，一个或多个线股（10a；10b）的外部纤维（11）与所述浸渍纱线的纵向方向或主方向形成-20°至+20°之间的角度（δ），优选为+10°至-10°之间的角度（δ），且更优选为+5°至-5°之间的角度（δ）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造浸渍纱线（10d；10e）的方法，其中，所述线股（10a；10b）仅包括植物纤维（11）。

5.根据权利要求4所述的制造纱线的方法，其中，所述植物纤维（11）属于包括以下材料的组：亚麻、大麻、西沙尔麻、黄麻、马尼拉麻、洋麻、荨麻、苎麻、木棉、马尼拉麻、剑麻、菠萝、香蕉植物、棕榈和木纤维。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造纱线的方法，其中，所述热塑性聚合物属于包括以下材料的组：聚烯烃、聚丙烯（PP）、马来酸酐接枝聚丙烯（maPP）、聚乙烯（PE）聚酰胺或共聚酰胺、聚酯或共聚酯、热塑性聚氨酯、共聚甲醛、热塑性纤维素酯（乙酸丙酸纤维素）、聚乳酸（PLA）或其衍生物或其混合物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造纱线的方法，其中，所述热塑性材料（12a）在所述浸渍罐中的粘度使得根据ISO1133标准在230℃下在2.16kg的负载下测量的熔体流动指数大于10^g/10min，优选大于34^g/10min。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的制造纱线的方法，其中，所述熔融热塑性材料（12a）在所述浸渍容器中的粘度在10至10,000 Pa.s之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的制造纱线的方法，其中，所述浸渍纱线（10d）包含按重量30至70%的热塑性材料；根据权利要求1至9中任一项所述的制造纱线的方法，其中，在所述纱线（10a；10b）进入所述浸渍罐（20）中之前，所述纱线（10a；10b）还被干燥。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的制造纱线的方法，其中，进一步执行以下步骤：

- 在所述浸渍罐（20）的下游提供至少两根绑线（13），

- 当所述浸渍纱线（10d）前进穿过所述浸渍罐（20）的出口时，围绕所述浸渍纱线（10d）以不同的方向螺旋地连续布置所述绑线（13），由此形成浸渍和捆扎纱线（10e）。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的制造纱线的方法，其中，进一步执行以下步骤：

- 提供设置在所述浸渍罐（20）下游的驱动、卷绕和加捻模块（140），

- 使所述浸渍纱线（10d；10e）的自由端部进入所述驱动、卷绕和加捻模块，以及

- 激活所述驱动、卷绕和加捻模块（140），以使所述浸渍纱线（10d；10e）前进并实现其总捻度（T2），以及随着所述浸渍纱线（10d；10e）前进而将浸渍纱线卷绕到支撑件上。

12.一种制造薄壁复合材料产品的方法，包括以下步骤：

- 提供支撑件（34），诸如垫，

- 根据权利要求1至11中任一项所述的方法制造浸渍纱线，

- 组装纱线以形成网格（32），所述浸渍纱线在所述网格中交叉，

- 堆叠所述网格（32）和所述支撑件（34），以及

- 对堆叠的网格（32）和支撑件（34）进行压缩模制，由此形成具有带肋面的复合材料产品，所述肋至少部分地由所述浸渍纱线产生。

13.根据前一项权利要求所述的制造薄壁复合材料产品的方法，其中，所述网格（32）的纱线通过组装线以交叉的方式保持在一起，所述组装线例如为聚酯的，通过与所述网格（32）的纱线缝合、针织或编织来被施加。

14.根据权利要求12至13中任一项所述的制造薄壁复合材料产品的方法，其中，提供两个支撑件（34），并且所述网格（32）与这两个支撑件（34）堆叠在一起，这两个支撑件（34）位于所述网格（32）的相对侧上，以形成夹层堆叠。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的制造薄壁复合材料产品的方法，其中，所述支撑件（34）选自来自以下列表的编织材料的支撑件（34）或非编织材料的支撑件（34）：单向纤维网（11）、单向纤维网（11）的叠加（多向网）和随机分布纤维垫。

16.一种制造薄壁复合材料产品的方法，包括以下步骤：

- 根据权利要求1至15中任一项所述的方法制造浸渍纱线（10d；10e），

- 提供尺寸小于所述浸渍纱线（10d；10e）的基础纱线，

- 用所述浸渍纱线（10d；10e）对所述基础纱线进行编织或针织，以形成预成型件，

- 对所述预成型件进行压缩模制，由此形成具有带肋面的复合材料产品，所述肋至少部分地由所述浸渍纱线（10d；10e）产生。

17.一种制造包括薄壁部分的制品的方法，其中，所述薄壁部分由根据权利要求12至16中任一项所述的方法制造的薄壁复合材料产品形成或包括该薄壁复合材料产品，所述制品属于包括以下各者的组：

汽车车身部件，包括门、顶部、发动机罩、挡泥板、扰流器、前后保险杠、空气动力学套件；或汽车内部部件，包括门盖、仪表板、中央控制台、立柱饰件、行李箱饰件、车顶；或运动用品，如独木舟壳体、皮艇或轻型船船体、自行车车架；或家具部件；或飞行器内部部件，包括侧板、顶板、行李舱；或轻型飞行器空气动力学部件，包括发动机罩、轮盖；或任何可移动机器的空气动力学整流罩；或手提箱壳体。

18.一种浸渍纱线（10d；10e），其具有包含植物纤维（11）的至少两个连续的线股（10a；10b），所述线股（10a；10b）在其体积的至少60%中浸渍有热塑性材料（12a），所述线股（10a；10b）中的每一者被单独加捻，在第一取向上具有捻度（T1），并且所有所述线股（10a；10b）也根据在不同于第一取向的第二取向上的总捻度（T2）被加捻成由热塑性材料（12a）保持的构型。

19.根据权利要求18所述的浸渍纱线（10d；10e），其还包括至少一个绑线（13），所述绑线（13）围绕所有所述线股（10a；10b）螺旋卷绕，从而形成浸渍和捆扎纱线（10d；10e）。

20.根据权利要求18或19所述的浸渍纱线（10d；10e），其中，所述线股（10a；10b）的外部纤维（11）与所述浸渍纱线（10d；10e）的所述纵向方向或主方向（P）形成-20°至+20°之间的角度（δ），优选在+10°和-10°之间的角度（δ），且最优选在+5°和-5°之间的角度（δ）。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的浸渍纱线（10d；10e），其中，所述线股（10a；10b）具有在50和300tpm之间，优选在100和200tpm之间的单独的捻度（T1）。

22.根据权利要求18至21中任一项所述的浸渍纱线（10d；10e），其包括三至六个之间的线股（10a；10b），每个线股的重量在200至800特之间，优选在300至600特之间。

23.一种薄壁复合材料产品，其包括根据权利要求18至22中任一项所述的浸渍纱线（10d；10e），所述复合材料产品具有带肋面，所述肋至少部分地由所述浸渍纱线（10d；10e）产生。

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