CN117729992A - 包含拉挤的圆柱形元件的管 - Google Patents

包含拉挤的圆柱形元件的管 Download PDF

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CN117729992A CN202280052754.4A CN202280052754A CN117729992A CN 117729992 A CN117729992 A CN 117729992A CN 202280052754 A CN202280052754 A CN 202280052754A CN 117729992 A CN117729992 A CN 117729992A
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G·霍奇斯泰特尔
T·萨瓦尔特
A·P·巴博
A·萨利尼尔
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Abstract

本发明涉及管，其包含：‑至少一个圆柱形元件，其由拉挤的纤维材料制成，所述纤维材料用热塑性基体浸渍，‑至少一个额外的纤维加强物，其部分地或完全地包封所述圆柱形元件，所述额外的纤维加强物中含有的纤维沿着与所述圆柱形元件的纵向轴线不同的轴线定位，相对于所述管中含有的基体和纤维的体积，所述管的总纤维含量在40体积％和70体积％之间。

Description

包含拉挤的圆柱形元件的管
本发明涉及包含拉挤的圆柱形元件的管。本发明还涉及其制造工艺，以及还涉及其在结构体中的用途，特别是在移动的领域中。
更轻和更强的材料已经被寻求了很多年。这些材料可使用在特别是运输的领域中。在航空或机动车辆的领域中，塑料或复合物材料正趋于逐渐取代金属部件(当这是可能的时候)。
事实上，轻的性质和机械强度的性质不总是可调和的。
进一步地，寻求可以容易地弯曲的材料，其使得可避免不同部件之间的连接件。这种被弯曲的能力减少了要使用的部件的数量，并且由此限制了成本，避免了例如在管道的情况中可能的泄漏，简化了所述结构体在其整体中的实施，并且使得即使在这些弯曲区域也可以维持高的机械性能品质。
最后，从环境要求的观点来看，寻求可再循环的材料。
因此寻求轻的、在机械上强的管，其相对容易和简单地生产和成型，并且其可能够再循环。
本发明目标在于管，其包含：
-至少一个圆柱形元件，其由拉挤的纤维材料制成，所述纤维材料用热塑性基体浸渍，
-至少一个额外的纤维加强物，其部分地或完全地，优选完全地环绕所述圆柱形元件，
所述额外的纤维加强物中含有的纤维在不同于所述圆柱形元件的纵向轴线的轴线上定位，
相对于所述管中含有的基体和纤维的体积，所述管的纤维的总含量在40体积％和70体积％之间。
本发明还涉及用于制造如上所定义的管的工艺，其特征在于其包含以下相继的阶段：
a)拉挤所述圆柱形元件，
b)沉积所述额外的纤维加强物。
最后，本发明涉及如上所定义的管用于形成结构体的用途，所述结构体特别地包括自行车框架、加强物、电池组(battery pack)加强物、车辆底盘加强物。
已经观察到，根据本发明的管是轻的。其在弯曲、在压缩和在牵引方面展现优越的机械强度。此外，其展现热弯曲的优越的性质，因此使得可设想各种形状。事实上，在弯曲之后和在封闭的模具中可能的重新固结之后变形的该管保留其机械强度性质。
附图简要说明
[图1]是示出根据本发明的管的制备工艺的图。
[图2]是示出根据本发明的管的另一制备工艺的图。
发明详述
本发明的其他特征、方面、主题和优点在阅读接下来的描述后将变得更加清楚明显。
规定在本说明书中使用的“从...到...”和“在...和...之间”应理解为包括每一个所提及的限值。
管
根据本发明的管包含：
-至少一个圆柱形元件，其由拉挤的纤维材料制成，所述纤维材料用热塑性基体浸渍，
以及
-至少一个额外的纤维加强物，其部分地或完全地，优选完全地环绕所述圆柱形元件，
所述额外的纤维加强物中含有的纤维在不同于所述圆柱形元件的纵向轴线的轴线上定位，
相对于所述管中含有的基体和纤维的体积，所述管的纤维的总含量在40体积％和70体积％之间。
所述圆柱形元件是根据拉挤工艺制造的。因此，其由用热塑性基体浸渍的纤维组成。拉挤是一般地连续的工艺，其通过在所述圆柱形元件的轴线上的模头对所述纤维施加牵引，所述纤维不必然在所述牵引的轴线上取向。拉挤涵盖浸渍干纤维，例如干纤维的编织物(braid)、干纤维的织物(fabric)或单向的粗纱。其还涵盖以共混的纤维的、预浸渍的纤维的、用树脂预浸渍的编织物的成型(profiled)元件的形式的加工。根据后一种情况，可以在拉挤阶段之前预浸渍所述纤维。
根据本发明的一个实施方案，特别是根据目标应用，根据本发明的管可含有衬里。然而，该衬里并非必不可少。
在本发明的含义内，术语“管”理解为意指具有不变截面的空心主体，所述截面为圆形、方形、矩形、椭圆形或其他形状的，优选为圆形形状的。
纤维
关于所述纤维材料的组成纤维，特别地有无机、有机或植物来源的呈粗纱形式的纤维。
有利地，每个粗纱的纤维数为，对于碳纤维，大于或等于12K，大于24K，特别是大于或等于50K，尤其是24K-36K。
有利地，对于玻璃纤维的基重为，每个粗纱，大于或等于1200tex，特别是小于或等于4800tex，尤其是1200-2400tex。
在所述无机来源的纤维中，可提及例如碳纤维、玻璃纤维、玄武岩或玄武岩基纤维、二氧化硅纤维或碳化硅纤维。在所述有机来源的纤维中，可提及例如基于热塑性或热固性聚合物的纤维，例如半芳香族聚酰胺纤维、芳纶纤维或聚烯烃纤维。优选地，其基于无定形热塑性聚合物，并且展现的玻璃化转变温度Tg高于浸渍基体的组成热塑性聚合物或聚合物共混物的Tg(当所述聚合物或聚合物共混物为无定形的时)，或者高于浸渍基体的组成热塑性聚合物或聚合物共混物的M.p.(当所述聚合物或聚合物共混物为半结晶的时)。有利地，其基于半结晶热塑性聚合物，并且展现的熔点M.p.高于浸渍基体的组成热塑性聚合物或聚合物共混物的Tg(当所述聚合物或聚合物共混物为无定形的时)，或者高于浸渍基体的组成热塑性聚合物或聚合物共混物的M.p.(当所述聚合物或聚合物共混物为半结晶的时)。因此，在最终复合物的被热塑性基体浸渍期间，所述纤维材料的组成有机纤维没有熔化的风险。在所述植物来源的纤维中，可以提及基于亚麻、汉麻(hemp)、木质素、竹子、丝(特别是蜘蛛丝)、剑麻和其他纤维素纤维(特别是粘胶纤维)的天然纤维。这些植物来源的纤维可以纯的形式使用、经过处理或者涂有涂层，目的是有利于热塑性聚合物基体的粘附和浸渍。
其也可以对应于带有支撑纱线的纤维。
这些组成纤维可以单独或作为混合物使用。因此，有机纤维可以与无机纤维混合，以便用热塑性聚合物浸渍，以及形成浸渍的纤维材料。
有机纤维的粗纱可以具有多种基重。此外，其可呈现多种几何形状。
所述纤维以连续纤维的形式提供，其构成2D织物、非织造布(NCF)、单向纤维(UD)或非织造布的编织物或粗纱。所述纤维材料的组成纤维可另外地呈这些各种不同几何形状的加强纤维的混合物的形式。优选地，包括在圆柱形元件的拉挤的纤维材料中的纤维是干纤维的编织物。
优选地，所述纤维材料选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩和玄武岩基纤维。根据第一有利的实施方案，所述纤维材料选择自玻璃纤维。根据第二有利的实施方案，所述纤维材料选择自碳纤维。根据第三有利的实施方案，所述纤维材料选择自玄武岩基纤维。
有利地，所述纤维以一个粗纱或若干粗纱的形式使用。
热塑性基体
术语“热塑性”或“热塑性塑料”应理解为意指如下的材料：其在环境温度下一般为固体，其可以是半结晶或无定形的，并且其在温度升高期间，特别是当其为无定形的时在通过其玻璃化转变温度(Tg)后变软，并且在较高温度下流动，或者当其为半结晶的时其在通过其“熔化”点(M.p.)时可展现出明显的熔化，并且其在温度降低到其结晶点以下(对于半结晶聚合物)和其玻璃化转变温度以下(对于无定形聚合物)期间再次变为固体。
所述玻璃化转变温度，以下表示为Tg，以及所述熔化温度，以下表示为M.p.，分别根据标准ISO 11357-2:2013和11357-3:2013通过差示扫描量热法(DSC)确定。
所述热塑性聚合物可以是无定形聚合物，其展现出高于或等于50℃、特别是高于或等于100℃、尤其是高于或等于120℃、特别是高于或等于140℃的玻璃化转变温度Tg，或者是半结晶热塑性聚合物，其熔化点M.p.高于150℃。
所述基体被描述为“热塑性”，其意指所述基体的主要组分是热塑性聚合物或者热塑性聚合物的共混物。
有利地，所述至少聚酰胺选自：聚(芳基醚酮)(PAEK)，特别是聚(醚醚酮)(PEEK)；聚(芳基醚酮酮)(PAEKK)，特别是聚(醚酮酮)(PEKK)；芳香族聚醚酰亚胺(PEI)；聚芳基砜，特别是聚苯基砜(PPSU)；聚芳基硫醚，特别是聚苯基硫醚(PPS)；聚酰胺(PA)，特别是半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)，其任选地通过脲单元改性；PEBA，其M.p.高于150℃；聚丙烯酸酯，特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚烯烃，其排除聚丙烯；聚乳酸(PLA)；聚乙烯醇(PVA)；含氟聚合物，特别是聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)或聚氯三氟乙烯(PCTFE)；聚氯乙烯(PVC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚合物，及其共混物，特别是PEKK和PEI的共混物，优选地从90-10重量％到60-40重量％，特别地从90-10％重量到70-30重量％。
有利地，所述至少热塑性聚合物选自聚酰胺、脂肪族聚酰胺、脂环族聚酰胺和半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)、PEKK、PEI以及PEKK和PEI的共混物。
用于定义聚酰胺的命名法描述在标准NF EN ISO 1874-1:2011，“Plastics-Polyamide(PA)Moulding and Extrusion Materials-Part 1:Designation”，特别是在第3页(表1和表2)，并且为本领域技术人员所熟知。
所述聚酰胺可以是均聚酰胺或共聚酰胺或这些的共混物。
对于必须承受高温度的管，根据本发明有利地使用聚(芳基醚酮)PAEK，如聚(醚酮)PEK，聚(醚醚酮)PEEK，聚(醚酮酮)PEKK，聚(醚酮醚酮酮)(PEKEKK)或具有高玻璃化转变温度Tg的PA。
有利地，所述聚酰胺选自脂肪族聚酰胺、脂环族聚酰胺和半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)。
有利地，所述脂肪族聚酰胺选自聚酰胺6(PA6)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚酰胺66(PA66)、聚酰胺46(PA46)、聚酰胺610(PA610)、聚酰胺612(PA612)、聚酰胺1010(PA1010)、聚酰胺1012(PA1012)、聚酰胺11/1010(PA11/1010)和聚酰胺12/1010(PA12/1010)，或这些的共混物，或这些的共聚酰胺，以及嵌段共聚物、特别是聚酰胺/聚醚(PEBA)共聚物，并且所述半芳香族聚酰胺是任选地通过脲单元改性的半芳香族聚酰胺，特别是PAMXD6和PA MXD10，或者式X/YAr的半芳香族聚酰胺，如在EP 1 505 099中所述，特别是式A/XT的半芳香族聚酰胺，其中：
-A选自从氨基酸获得的单元、从内酰胺获得的单元和对应于式(Ca二胺).(Cb二酸)的单元，其中a代表所述二胺的碳原子数，以及b代表所述二酸的碳原子数，a和b各自在4和36之间、有利地在9和18之间，所述(Ca二胺)单元选自直链或支链脂肪族二胺、脂环族二胺和烷基芳香族二胺，以及所述(Cb二酸)单元选自直链或支链脂肪族二酸、脂环族二酸和芳香族二酸；
-XT表示从Cx二胺和对苯二甲酸(T)的缩聚获得的单元，其中x代表所述Cx二胺的碳原子数，x在6-36之间，有利地在9-18之间。有利地，半芳香族聚酰胺为式A/6T、A/9T、A/10T或A/11T的，A如上定义，特别是聚酰胺PA 6/6T，PA 66/6T，PA 6I/6T，PA MPMDT/6T，PA11/10T，PA 11/6T/10T，PA MXDT/10T，PA MPMDT/10T，PA BACT/10T，PA BACT/6T，PA BACT/10T/6T或者PA 11/BACT/10T；T对应于对苯二甲酸，MXD对应于间苯二甲胺，MPMD对应于甲基五亚甲基二胺，以及BAC对应于双(氨基甲基)环己烷。
有利地，所述热塑性聚合物是半结晶聚合物。
有利地，所述半晶聚合物展现诸如Tg≥80℃、特别是Tg≥100℃、尤其是≥120℃、特别是≥140℃的玻璃化转变温度以及≥150℃的M.p.。
在后一种情况中，所述至少半结晶聚酰胺选自：聚(芳基醚酮)(PAEK)，特别是聚(醚醚酮)(PEEK)；聚(芳基醚酮酮)(PAEKK)，特别是聚(醚酮酮)(PEKK)；芳香族聚醚酰亚胺(PEI)；聚芳基砜，特别是聚苯基砜(PPSU)；聚芳基硫醚，特别是聚苯基硫醚(PPS)；聚酰胺(PA)，特别是半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)，其任选地通过脲单元改性；聚丙烯酸酯，特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚烯烃，其排除聚丙烯；聚乳酸(PLA)；聚乙烯醇(PVA)；聚氯乙烯(PVC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚合物，及其共混物，特别是PEKK和PEI的共混物，优选地从90-10重量％到60-40重量％，特别地从90-10％重量到70-30重量％。
更有利地，在后一种情况中，所述至少热塑性聚合物选自聚酰胺、脂肪族聚酰胺、脂环族聚酰胺和半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)、PEKK、PEI以及PEKK和PEI的共混物。
所浸渍的纤维材料
在浸渍的材料(也被称为“即用型”材料)中，浸渍热塑性聚合物或热塑性聚合物的共混物围绕所述纤维均一地和均匀地分布。在这种类型的材料中，浸渍热塑性聚合物必须在所述纤维内尽可能均匀地分布，以便获得最少的孔隙，也就是说，所述纤维之间的最少的空隙。特别地，这种类型的材料中孔隙的存在可以起应力的集中点的作用(例如在机械拉伸应力下放置期间)，并且其然后形成浸渍的纤维材料的破损(failure)的起始点并且在机械上削弱它。所述聚合物或聚合物的共混物的均匀分布因此提高了由这些浸渍的纤维材料形成的复合物材料的机械强度和均匀性。
有利地，相对于浸渍的纤维材料的体积，在所述浸渍的纤维材料中纤维的含量为45体积％-70体积％、优选地50体积％-70体积％、优选地50体积％-60体积％、特别地54体积％-60体积％。
纤维的含量的测量可以通过所述管的横截面的图像分析(特别是使用显微镜或相机或数码相机)，经由将所述纤维的表面积除以所述管的表面积(浸渍的表面积加上孔隙的表面积)来进行。为了获得良好品质的图像，优选地在标准抛光树脂中涂覆沿其横向的方向切割的管，并用标准方案抛光，使得可用显微镜以至少6倍放大观察所述样品。待分析的图像尺寸在所述纤维的直径的10-12倍之间。拍取在不同的位置(截面)处的5-40张图像。取所有图像的平均值，并按体积重新计算。
对于在所述额外的纤维加强物的部件中纤维的含量的测量，如果这是基于用热塑性基体浸渍的连续纤维的纤维材料，则进行相同的测量，除了其是在垂直于所述额外的纤维加强物的纤维的方向的截面上。
如果所述纤维是碳纤维，碳纤维的含量的测量可根据ISO 14127:2008确定。
如果所述纤维是玻璃纤维，纤维的含量的测量根据ISO 1172:1999确定。
有利地，所述浸渍的纤维材料的孔隙度小于10％、特别是小于5％、尤其是小于2％。
应该注意的是，很难达到零的孔隙度，因而，有利地，所述孔隙度大于0％但小于上述程度。
所述孔隙度对应于闭口孔隙度，并且其可以通过电子显微镜来确定，或者作为如在EP3 418 323的实施例部分(特别是实施例4)所述的所述浸渍的纤维材料的理论密度和实验密度之间的相对偏差来确定。
所述复合物材料是密封性的、惰性的和有抗性的。
优选地，根据本发明的管包含纤维材料，其包含，作为纤维的选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维和玄武岩基纤维的纤维，以及作为热塑性基体的选自聚酰胺、脂肪族聚酰胺、脂环族聚酰胺、半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)、PEKK、PEI以及PEKK和PEI的共混物的聚合物。
浸渍的纤维材料由此通过拉挤以圆柱体的形式制造。
根据一个实施方案，所述圆柱形元件的内径可以在10mm和100mm之间、优选地在15mm和50mm之间。
所述管的长度可以在10cm和1m之间、优选地在15cm和50cm之间。
在所述管的制造期间，制造工艺是连续的工艺，其导致可以长度从50cm到3m的范围的管，这取决于生产现场的大小。这些管随后可以重新加工和缩短，以便适合用于目标应用。因此，最终的管，也就是说即用型，一般小于1m，并且可以从15cm到50cm的范围。
本领域技术人员将知道如何根据所述管的目标地调整所述圆柱形元件的尺寸。
根据另一实施方案，所述管的壁的厚度与其内径的比值可以小于0.20、优选小于0.10。
额外的纤维加强物
根据本发明的管还包含至少一个额外的纤维加强物，其部分地或完全地，优选完全地环绕所述圆柱形元件。
在本发明的意义内，术语“纤维加强物”理解为意指包含在最终部件上赋予更大机械强度的纤维的材料。
所述额外的纤维加强物选自干连续纤维、基于用热塑性基体浸渍的连续纤维的纤维材料、及其混合物。
当所述额外的纤维加强物是干纤维时，后者可以选自上述定义的那些。
当所述额外的纤维加强物是基于用热塑性基体浸渍的连续纤维的纤维材料时，其可以与构成所述圆柱形元件的纤维材料相同或不同。
当所述额外的纤维加强物是基于用热塑性基体浸渍的连续纤维的纤维材料时，所述罐的纤维的总含量，其相对于所述管中所含有的基体和纤维的体积在40体积％-70体积％之间，将拉挤的热塑性-浸渍的纤维材料的基体和所述额外的纤维加强物的基体考虑在内。换句话说，相对于所述管中含有的基体和纤维的体积，所述罐的纤维的总含量在40体积％和70体积％之间。
根据一个实施方案，所述额外的纤维加强物选自干纤维的编织物、用热塑性树脂浸渍的纤维带的编织物、及其混合物。
因此，根据第一实施方案，所述纤维材料中包括的纤维可以是干纤维的编织物，以及所述额外的纤维加强物也可以是干纤维的编织物。
根据第二实施方案，所述纤维材料中包括的纤维可以是连续纤维的粗纱，以及所述额外的纤维加强物也可以是干纤维的编织物。
根据第三实施方案，所述纤维材料中包括的纤维可以是纤维的编织物，以及所述额外的纤维加强物也可以是连续纤维的粗纱。
根据第四实施方案，所述纤维材料中包括的纤维可以是纤维的编织物，以及所述额外的纤维加强物也可以是被浸渍的连续纤维的粗纱。
根据第五实施方案，所述纤维材料中包括的纤维可以是连续纤维的粗纱，以及所述额外的纤维加强物也可以是被浸渍的连续纤维的粗纱。
所述额外的纤维加强物的热塑性基体可以与所述圆柱形元件的热塑性基体相同或不同。优选地，所述圆柱形元件的热塑性基体是与所述额外的纤维加强物的热塑性基体完全地或部分地可混的。这种完全的或部分的可混性使得可增加所述圆柱形元件的壁和所述额外的纤维加强物的层之间的粘附。
根据本发明的特定实施方案，所述管可包含圆柱形元件，其热塑性基体由PVC制成，以及纤维加强物，其聚合物基体由丙烯酸类(acrylic，亚克力)制成。
根据本发明的另一特定实施方案，所述管可包含圆柱形元件，其热塑性基体由ABS制成，以及纤维加强物，其聚合物基体由丙烯酸类制成。
根据本发明的还另一特定实施方案，所述管可包含圆柱形元件，其热塑性基体由聚酰胺制成，以及纤维加强物，其聚合物基体由聚邻苯二甲酰胺制成。
优选地，所述额外的纤维加强物的热塑性基体展现高于150℃的熔化点。
优选地，所述额外的纤维加强物的热塑性基体展现高于80℃、优选地高于100℃并且更特别地高于120℃的玻璃化转变温度。
更特别地，所述额外的纤维加强物的热塑性基体展现高于150℃的熔化点和高于80℃、优选地高于100℃并且更特别地高于120℃的玻璃化转变温度。
所述纤维加强物的层的厚度可以在0.5mm和10mm之间、优选地在0.5mm和5mm之间。
相对于所述基体和所述纤维的体积的总和，纤维的总含量在40体积％和70体积％之间、优选地在50体积％和70体积％之间。
在本发明的含义内，术语“纤维的总含量”理解为意指在所述管中(也就是说在所述圆柱形元件中和在所述额外的纤维加强物中)含有的纤维的含量的总和。
所述额外的纤维加强物包含沿与所述圆柱形元件的纵向轴线不同的轴线定位的纤维，优选地相对于所述圆柱形元件的纵向轴线成+/-10°和+/-89°之间的角度，优选地，与所述圆柱形元件的轴线成+/-25°和+/-89°之间的角度，更优选地在+/-45°和+/-89°之间。
换句话说，所述圆柱形元件的纵向轴线构成0°轴线，以及所述额外的加强物的纤维方向构成第二轴线。这两条轴线之间的角度如上所定义。+/-符号指示所述额外的纤维加强物的纤维向右还是向左定位，其取决于所述管的轴线。
已经观察到，在不同的轴线上沉积纤维加强物使得可提高对所述管的壁的内部压力的抗性。
优选地，所述圆柱形元件的材料中包括的纤维的一部分在所述圆柱形元件的纵向轴线上定位。更特别地，所述圆柱形元件的材料中包括的所有的纤维都沿着所述圆柱形元件的轴线定位。
根据一个实施方案，所述管可包含由热塑性树脂的一个或多个层构成的第二圆柱形元件，其不包含纤维，也被称为衬里。该第二圆柱形元件可以使得可提高所述管的密封性。根据所述应用，其还可以使得可提高所述管的对压力的抗性，实际上甚至可强化最终部件的化学抗性。
换句话说，根据本发明的管可以包含衬里，然后，上面的如上定义的圆柱形元件，然后如上定义的额外的纤维加强物。
所述管的长度和直径可以更大或更小，其取决于目标应用。
优选地，根据本发明的管包含：
-一个或多个圆柱形元件，其纤维在所述圆柱形元件的轴线上定位，以及
-一个或多个额外的纤维加强物，其纤维在不同于所述圆柱形元件的轴线的轴线上定位。
根据特别地优选的实施方案，根据本发明的管包含：
-一个或多个圆柱形元件，其纤维在所述圆柱形元件的轴线上定位，以及
-额外的纤维加强物，其纤维相对于所述圆柱形元件的轴线呈+/-89°定位。
根据另一实施方案，根据本发明的管包含：
-一个或多个圆柱形元件，其纤维是干纤维的编织物，
-一个或多个额外的纤维加强物，其纤维是干纤维的编织物，所述干纤维的编织物沿着不同于所述圆柱形元件的编织物的轴线的轴线定位。
本发明还涉及用于制造根据本发明的管的工艺。所述工艺包含以下相继的阶段：
a)拉挤所述圆柱形元件，
b)沉积所述额外的纤维加强物。
优选地，其为连续的工艺。
根据一个实施方案，所述额外的纤维加强物的沉积的阶段可以通过将额外的纤维加强物的带围绕所述圆柱形元件缠绕来进行。该沉积可以在一定的机械应力下进行，以便在所述圆柱形元件上施加压力。
最后，本发明涉及根据本发明的管用于形成结构体的用途，所述结构体诸如自行车框架，加强物，更特别地电池组加强物，车辆底盘加强物，钓鱼竿元件，电影摄像机或相机的腿，光伏板载体，露营元件的结构体，如帐篷结构体，滑雪杖，用于输送流体的管道。
换句话说，任何管状形状的结构体可以从根据本发明的管来生产。
附图说明
通过图1可以示出根据本发明的工艺。
图1示出了拉挤工艺。元件1是挤出的管，其将使得可以对最终拉挤的元件给出形状。干纤维3离开由纱架2支撑的卷轴并且送入到浸渍区4中。该区4包含液体树脂的浴，或者用于注射所述树脂的头。拉挤模头5引导所拉挤的浸渍的纤维，得到所拉挤的层6。拉挤的浸渍的纤维经历由加热元件7生成的加热。卷轴8支撑所述额外的纤维加强物，其将根据角度9围绕拉挤的管缠绕。整个拉挤的管由拉具(pullers，拉动器)10拉动。拉挤的管随后由切割装置11切割。
图2示出了另一拉挤工艺。元件21是挤出的管，其将使得可以对最终拉挤的元件给出形状。用纤维23浸渍的纤维离开由纱架22支撑的卷轴并且送入到拉挤模头24中。后者引导浸渍的纤维并且使其相符(conforms，顺应)，得到拉挤的层25。拉挤的浸渍的纤维经历由加热元件26生成的加热。卷轴27支撑所述额外的纤维加强物，其将根据角度28围绕所拉挤的管缠绕。整个拉挤的管由拉具29拉动。拉挤的管随后由切割装置30切割。
实施例
对比实施例
通过拉挤，在0.5m/min的速率下，借助于熔体浸渍工艺，使用连接到单螺杆挤出机的管状模头，制造展现50mm的外径和2mm的厚度的圆形截面的复合物管。用于所述拉挤的树脂是低粘度的聚酰胺11的等级(参考号FMNO)，其使得可获得所述纤维的良好的浸渍。该聚酰胺11树脂展现190℃的M.p.(根据标准ISO 11357-3:2013测量)，以及在所述拉挤模头中的温度为250℃。所使用的纤维为由3B销售的Hypertex S4550玻璃纤维。所述纤维含量为58体积％(相对于拉挤的管的体积的纤维含量)。在拉挤的管中的纤维的取向仅仅地沿着所述管的轴线。
在环境温度下，对所述管进行三点弯曲测试，其中支架(support)之间的间隔为1m，以及十字头(crosshead)速度为1mm/min：沿所述管的轴线过早地发生断裂。使用表述“过早断裂”，因为在断裂的时候在所述管中所测量的拉伸应力为550Mpa(表1)，即所预期的理论值的约一半，其对应于沿所述管的轴线的断裂，也就是说横向于所述纤维的断裂的模式。这通过不存在垂直于所述管的轴线的加强物来解释，其使得可防止这种类型的横向于所述加强纤维的轴线的断裂。
实施例1
通过拉挤，在0.5m/min的速率下，借助于熔体浸渍工艺，使用连接到单螺杆挤出机的管状模头，制造展现50mm的外径和2mm的厚度的圆形截面的复合物管。用于所述拉挤的树脂是低粘度的聚酰胺11的等级(参考号FMNO)，其使得可获得所述纤维的良好的浸渍。该聚酰胺11树脂展现190℃的M.p.(根据标准ISO 11357-3:2013测量)，以及在所述拉挤模头中的温度为250℃。所使用的纤维为由3B销售的Hypertex S4550玻璃纤维。所述纤维含量为58体积％(相对于拉挤的管的体积的纤维含量)。在拉挤的管中的纤维的取向仅仅地沿着所述管的轴线。
由Hyosung H2550 G10碳纤维组成的、未用树脂浸渍的额外的加强物(即，干纤维加强物)在从所述管的轴线呈85°缠绕1mm的厚度。
在环境温度下，对所获得的复合物管进行三点弯曲测试，其中支架之间的间隔为1m，以及十字头速度为1mm/min：所测量的应力为800MPa：所述额外的加强纤维的存在使得可延缓横向于拉挤的管的纤维的断裂，但不消除它。
实施例2
通过拉挤，在0.5m/min的速率下，借助于熔体浸渍工艺，使用连接到单螺杆挤出机的管状模头，制造展现170mm的外径和2mm的厚度的复合物管。用于所述拉挤的树脂是低粘度的聚酰胺11的等级(参考号FMNO)，其使得可获得所述纤维的良好的浸渍。该聚酰胺11树脂展现190℃的M.p.(根据标准ISO 11357-3:2013测量)，以及在所述拉挤模头中的温度为250℃。所使用的纤维为由3B销售的Hypertex S4550玻璃纤维。所述纤维含量为58体积％(相对于拉挤的管的体积的纤维含量)。在拉挤的管中的纤维的取向仅仅地沿着所述管的轴线。
额外的纤维加强物，其由具有1/2”宽度的复合物带组成，垂直于所述管的轴线(鉴于所述带的宽度和拉挤的管的直径，所述纤维的角度为约85°)缠绕1mm的厚度。所述复合物带由Hyosung H2525 G10碳纤维构成，所述碳纤维浸渍有展现50℃的玻璃化转变温度(根据标准ISO 11357-2:2013通过DSC测量)的聚酰胺11类型的树脂(参考号FMNO)。所述纤维含量为55体积％(相对于所述复合物带的体积)。借助于Solo品牌的带有激光加热的自动沉积工艺，在270℃的温度下和在0.3m/s的速率下，采用所述复合物带。
在环境温度下，对所获得的复合物管进行三点弯曲测试，其中支架之间的间隔为1m，以及十字头速度为1mm/min：所测量的应力为1000MPa。相对于拉挤的管的纤维的横向模式的断裂完全被消除。断裂于是就垂直于所述管的轴线，以及由此垂直于所述管的纤维的轴线：于是说，断裂的模式是轴向的。
实施例3
通过拉挤，在0.5m/min的速率下，借助于熔体浸渍工艺，使用连接到单螺杆挤出机的管状模头，制造展现170mm的外径和2mm的厚度的圆形截面的复合物管。用于所述拉挤的树脂是低粘度的聚酰胺11的等级(参考号FMNO)，其使得可获得所述纤维的良好的浸渍。该聚酰胺11树脂展现190℃的M.p.(根据标准ISO 11357-3:2013测量)，以及在所述拉挤模头中的温度为250℃。所使用的纤维为由3B销售的Hypertex S4550玻璃纤维。所述纤维含量为58体积％(相对于拉挤的管的体积的纤维含量)。在拉挤的管中的纤维的取向仅仅地沿着所述管的轴线。
额外的纤维加强物，其由具有1/2”的宽度的复合物带组成，垂直于所述管的轴线(鉴于所述带的宽度和拉挤的管的直径，所述纤维的角度为约85°)缠绕1mm的厚度。所述复合物带由Hyosung H2525 G10碳纤维构成，所述碳纤维浸渍展现140℃的玻璃化转变温度(根据标准ISO 11357-2:2013通过DSC测量)的PPA 11/BACT/10T类型的树脂。所述纤维含量为55体积％(相对于所述复合物带的体积)。借助于Solo品牌的带有激光加热的自动沉积工艺，在330℃的温度下和在0.3m/s的速率下，采用所述复合物带。
在环境温度下，对所获得的复合物管进行弯曲测试，其中支架之间的间隔为1m，以及十字头速度为1mm/min：所测量的应力为1200MPa。相对于拉挤的管的纤维的横向模式的断裂完全被消除；断裂的模式是轴向的。
表1-结果总结

Claims (23)

1.管，其包含：
-至少一个圆柱形元件，其由拉挤的纤维材料制成，所述纤维材料用热塑性基体浸渍，
-至少一个额外的纤维加强物，其部分地或完全地环绕所述圆柱形元件，
所述额外的纤维加强物中含有的纤维沿着不同于所述圆柱形元件的纵向轴线的轴线定位，
相对于所述管中含有的基体和纤维的体积，所述管的纤维的总含量在40体积％和70体积％之间。
2.如权利要求1所述的管，其特征在于所述额外的纤维加强物选自干连续纤维、基于用热塑性基体浸渍的连续纤维的纤维材料、及其混合物。
3.如权利要求1或2所述的管，其特征在于所述额外的纤维加强物包含纤维，所述纤维相对于所述圆柱形元件的轴线成在+/-10°和+/-89°之间的角度定位。
4.如权利要求1-3任一项所述的管，其特征在于所述圆柱形元件的材料中包括的纤维的一部分在所述圆柱形元件的纵向轴线上定位。
5.如权利要求1、3和4任一项所述的管，其特征在于所述额外的纤维加强物选自干纤维的编织物、用热塑性树脂浸渍的纤维带的编织物、及其混合物。
6.如权利要求1-5任一项所述的管，其特征在于用于制造所述圆柱形元件的拉挤的纤维材料的纤维是干纤维的编织物。
7.如权利要求2-6任一项所述的管，其特征在于所述圆柱形元件的热塑性基体是与所述额外的纤维加强物的热塑性基体完全地或部分地可混的。
8.如权利要求2-7任一项所述的管，其特征在于所述额外的纤维加强物的热塑性基体展现高于150℃的熔化点和/或高于80℃的玻璃化转变温度。
9.如前述权利要求任一项所述的管，其特征在于其包含，在所述圆柱形元件内部，由热塑性树脂的一个或多个层构成的第二圆柱形元件，其不包含纤维。
10.如前述权利要求任一项所述的管，其特征在于所述热塑性基体主要含有热塑性聚合物或热塑性聚合物的共混物。
11.如权利要求10所述的管，其特征在于所述热塑性聚合物选自聚(芳基醚酮)(PAEK)，特别是聚(醚醚酮)(PEEK)；聚(芳基醚酮酮)(PAEKK)，特别是聚(醚酮酮)(PEKK)；芳香族聚醚酰亚胺(PEI)；聚芳基砜，特别是聚苯基砜(PPSU)；聚芳基硫醚，特别是聚苯基硫醚(PPS)；聚酰胺(PA)，特别是半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)，其任选地通过脲单元改性；PEBA，其M.p.高于150℃；聚丙烯酸酯，特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚烯烃，其排除聚丙烯；聚乳酸(PLA)；聚乙烯醇(PVA)；含氟聚合物，特别是聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)或聚氯三氟乙烯(PCTFE)；聚氯乙烯(PVC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚合物，及其共混物。
12.如权利要求10所述的管，其特征在于所述热塑性聚合物选自聚酰胺、脂肪族聚酰胺、脂环族聚酰胺和半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)、PEKK、PEI以及PEKK和PEI的共混物。
13.如权利要求10所述的管，其特征在于所述热塑性聚合物选自脂肪族聚酰胺、脂环族聚酰胺和半芳香族聚酰胺(聚邻苯二甲酰胺)。
14.如权利要求10所述的管，其特征在于所述热塑性聚合物选自聚酰胺6(PA6)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚酰胺66(PA66)、聚酰胺46(PA46)、聚酰胺610(PA610)、聚酰胺612(PA612)、聚酰胺1010(PA1010)、聚酰胺1012(PA1012)、聚酰胺11/1010(PA11/1010)和聚酰胺12/1010(PA12/1010)，或这些的共混物或这些的共聚酰胺。
15.如权利要求10所述的管，其特征在于所述热塑性聚合物选自式A/XT的半芳香族聚酰胺，其中：
-A选自从氨基酸获得的单元、从内酰胺获得的单元和对应于式(Ca二胺).(Cb二酸)的单元，其中a代表所述二胺的碳原子数，以及b代表所述二酸的碳原子数，a和b各自在4和36之间、有利地在9和18之间，所述(Ca二胺)单元选自直链或支链脂肪族二胺、脂环族二胺和烷基芳香族二胺，以及所述(Cb二酸)单元选自直链或支链脂肪族二酸、脂环族二酸和芳香族二酸；
-XT表示从Cx二胺和对苯二甲酸的缩聚获得的单元，其中x代表所述Cx二胺的碳原子数，x在6-36之间，有利地在9-18之间。
16.如权利要求10所述的管，其特征在于所述热塑性聚合物选自式A/6T、A/9T、A/10T或A/11T的半芳香族聚酰胺，A为如上所定义，特别是聚酰胺PA 6/6T，PA66/6T，PA 6I/6T，PAMPMDT/6T，PA 11/10T，PA 11/6T/10T，PA MXDT/10T，PA MPMDT/10T，PA BACT/10T，PA BACT/6T，PA BACT/10T/6T或者PA 11/BACT/10T；T对应于对苯二甲酸，MXD对应于间苯二甲胺，MPMD对应于甲基五亚甲基二胺，以及BAC对应于双(氨基甲基)环己烷。
17.如权利要求10所述的管，其特征在于所述纤维材料选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维和玄武岩基纤维。
18.如前述权利要求任一项所述的管，其特征在于相对于浸渍的纤维材料的体积，在所述浸渍的纤维材料中纤维的含量为45体积％-70体积％、优选地50体积％-70体积％、优选地50体积％-60体积％、特别地54体积％-60体积％。
19.如前述权利要求任一项所述的管，其特征在于相对于所述基体和所述纤维的体积的总和，纤维的总含量在40体积％和70体积％之间、优选地在50体积％和70体积％之间。
20.用于制造如前述权利要求任一项所定义的管的工艺，其特征在于其包含以下相继的阶段：
a)拉挤所述圆柱形元件，
b)沉积所述额外的纤维加强物。
21.如权利要求20所述的工艺，其特征在于所述额外的纤维加强物的沉积的阶段通过将额外的纤维加强物的带围绕所述圆柱形元件缠绕来进行。
22.如权利要求22所述的工艺，其特征在于所述沉积在一定的机械应力下进行，以便在所述圆柱形元件上施加压力。
23.如权利要求1-19任一项所定义的管用于形成结构体的用途，所述结构体诸如自行车框架，加强物，更特别地电池组加强物，车辆底盘加强物，钓鱼竿元件，电影摄像机或相机的腿，光伏板载体，露营元件的结构体，如帐篷结构体，滑雪杖，用于输送流体的管道。
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