CN1292734A - 将双组分浸渍或涂敷物质沉积在载体上的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用一种方法或一种装置将双组分浸渍或涂敷物质沉积在载体(1)上,所述两种组分是以层(2,3)形式沉积的。以上两个独立的层只有在沉积到载体(1)上时才混合,随后固化。为此,提供了一种超声共振腔(16)。

Description

将双组分浸渍或涂敷物质沉积在载体上的方法和装置

本发明涉及一种用于将双组分浸渍或涂敷物质沉积在载体上的方法和装置。所述方法和装置在很多方面都是已知的，并且是常见的。例如，所述方法和装置适用于涂敷诸如塑料、金属板、纸或玻璃纤维的大多数材料的基质。对于天然纤维材料(如纸、羊毛、织物)或合成纤维或玻璃纤维来说，所述双组分物质尤其适用于浸渍，以便固化并填充所述纤维材料，或者还可用于浸渍和／或随后涂敷。采用这种方法可以对诸如织物或条以及纤维束的片状材料进行浸渍和／或涂敷。因此，所述待涂敷和／或浸渍的载体可以具有任何几何形状。对本发明来说，具有若干组分的混合物也被理解为双组分物质。就此而言，它可以是若干交联的聚合物或在一个系统中使用多种硬化剂。双组分系统还被理解为混合物，例如，该混合物可以是另外含有至少一种可聚聚合物或预聚物的热塑性固化或含有溶剂的干燥系统，以及合适的硬化剂系统或交联剂。

尤其是对于用于生产在生产电路板中所使用的所谓预浸渍物的纤维材料的涂敷来说，大多数种类的涂敷方法或涂敷装置是已知的。

作为涂敷和／或浸渍物质，尤其研究并尝试过环氧树脂，如在USPS5478599和在EP476752中所详细披露的。例如，所述环氧树脂可以Epon树脂1031为商标从壳牌化学公司购买。

作为所述双组分系统的第二种成分，可以采用一种合适的硬化剂。所述成分属于胺、酸、苯酚和酸酐。Novolac硬化剂通常特别实用，例如，以Epikur DX-175为商标从壳牌国际公司购买。

另外，通常还采用固化催化剂，以便加速固化／交联和／或降低固化温度。

正如在上面提到的文献中所披露的，可以调整所述聚合物配方，以便所述聚合物树脂在预定的温度下呈液态，并且在液态下沉积，例如，通过浸渍沉积，它可以尽可能深的渗透到所述基质中。上述方法同样适用于硬化剂的温度设定，所述硬化剂同样可通过加热液化，然后沉积。

正如US5478599所披露的，沉积温度可以根据树脂和硬化剂的设定而在50-250℃之间选择，优选在100-200℃之间。

然后通过提高环境温度(例如，通过暖风)或通过红外线辐射对涂敷并浸渍过的载体进行加热。通过这种方法，在80-250℃的温度范围内，优选在100-200℃的温度范围内将所述聚合物固化到不再发生胶凝化的程度。然后，所述涂敷过的载体，特别是用所述聚合物浸泡过的纤维材料可以进行固化处理，例如，在干燥塔中处理。

为了加热或液化所述聚合物或硬化剂，采用最常见的挤压机，所述挤压机通过喷头、模具、涂敷装置和其他沉积装置将加热的成分沉积到所述载体上。例如，所述沉积装置披露于下列文献中：US5478599；4327130；4063531或欧洲专利476752，16681以及DE A1-4119538或UK A1-2171934。

现有方法和装置在实际应用中存在各种问题。首先，沉积双组分浸渍和涂敷物质会导致问题。通常，以上两种成分是用单独的导管输送的，并且在即将涂敷到载体上之前不久在一个混合头中混合在一起。沉积过程的任何中断，都有可能导致该系统在所述沉积头中固化。其结果是导致作业的中断。另外，在相同温度下硬化剂和聚合物通常具有不同粘度。如果让两种成分在沉积头中混合，会导致其温度的平均化。这样，以上两种成分的理想的最佳粘度状态通常不能确定。粘度的优化是一个重要的方法参数，这不仅仅因为通过它可以实现在浸渍时渗透到载体中或者在载体表面形成无气泡层。

在进行高速沉积时，通常会发生浸渍问题，人们认为所述双组分混合物要完全渗透所述载体，以便确保均匀的浸渍。

本发明的目的是对现有的方法和装置进行改进，以便消除现有的缺陷。具体地讲，提供了一种方法和装置，能确保用上述双组分物质对所述载体材料进行无气泡的和完全的表面渗透和湿润。另外，对固化条件进行控制和调整，使其相对方法和装置而言可以在沉积以上两种成分之后自由地进行确定。

根据本发明，上述目的是这样实现的：以上两种成分优选是先后以单独的层形式沉积在所述载体上，一层沉积在另一层上面，并且，直到沉积在载体上之后才混合，然后固化。

根据本发明，通过在所述载体上混合以上两种成分，可以同时并且以最佳方式满足本发明的各种要求。在所述载体上的密切混合会导致在固化开始时的时刻能够进行精确测定。这样，该系统可以设置成一经混合就能马上起反应，而所述条件在沉积头中、在预混合时必须避免。因此，以上两种成分必须分别沉积。不过，在某些应用场合下，也可以沉积大致预混合的以上两种成分，并且仅仅在沉积到载体上之后密切混合。

另外，在载体上的混合还能导致以上两种成分与载体表面的紧密接触，以及确保在浸渍时快速而又深入地渗透。

另外，当将这两种成分分别沉积时，可以对这两种成分的温度和粘度进行优化。

因此，根据本发明，尤其提供了一种用热塑性可液化的或液体成分制备的双组分浸渍或涂敷物质。液化通常是通过加热到上述温度范围内实现的。

然后，将彼此层叠的独立的层的形式的两种成分沉积到所述载体上。因此，可以设置具有专门针对相应的沉积成分的独立的沉积装置。在浸渍纤维材料时，所述浸渍成分渗透到纤维材料中。

优选至少第一个沉积层在沉积第二层之前是固化的。这一目的是通过最佳方法方便地实现的，即将所述层冷却并因此固化。通过这种方式可以避免第二个沉积层与第一层混合，与此同时避免硬化过程的发生。

另外，第二层通常也是在沉积后冷却，并同时固化。这并不是强制性的方法条件。

然后将所述固化层再次液化，并彼此混合。通常，这一目的是通过提供热能实现的，例如，以辐射体的红外线辐射形式提供热能。所述成分可以通过提供超声能的最简便形式混合。同时，通过超声共振腔在所述层中产生热量，由这些热量完成液化。除了超声共振腔之外，还可将具有其他共振频率的共振腔，例如，电子机械共振腔用作混合头。

用于产生超声能量的合适的超声共振腔业已在很多用途中使用多年。例如，所述共振腔已被用于熔化成分、用于清洁或用于分离和过滤。例如，合适的共振腔是由瑞士Bronschhofen的Telsonic公司提供并出售的。所需要的能量取决于沉积的双组分物质的量，输送速度，载体的厚度和材料重量，以及所述成分的可能的预液化。所需要的能量可以通过实验方法方便地加以确定，即让涂敷过的载体与共振腔接触本发明所规定的时间。通过缓慢增加能量，可以确定两种成分实现最佳混合的点。另外，采用所述浸渍方法和装置可以发现在所述超声共振腔的哪一种能量下所述两种成分可以最佳地渗透所述载体。

当将所述硬化剂和聚合物沉积在所述材料的一侧，然后，通过超声能量从沉积的一侧进行冲击，可以获得特别高的密度，并且在浸渍中没有气泡。这样，以上两种成分能最佳地结合到所述材料织物中，并结合在所述材料织物的与超声共振腔相反的一侧，密封所存在的气泡。

在沉积以上两种成分时，可以确定这两种成分的理想的最佳温度，并因此控制其粘度。当两种成分具有不同的液化温度时是特别有利的。例如，在这种情况下，可以首先沉积具有较高熔化温度的硬化剂。所述硬化剂在沉积并渗透到载体中之后冷却并固化。现在，如果沉积具有较低熔化温度的聚合物成分，具有较高熔化温度的硬化剂将保持固体状态。在将两种成分彼此沉积在一起时，不会发生充分混合。固化是在随后的步骤中通过液化和充分混合完成的，优选在超声能量场中完成。在实践中，业已证实当两种成分的软化温度相差至少30℃，优选至少50℃时较好。

通过在用超声能量冲击之前将两种成分加热，可以加速液化和混合过程。

在实践中业已证实，当硬化剂和聚合物被加热到明显高于所述软化温度的温度时是可取的。这种方法特别适用于浸渍材料织物。因此，业已证实将软化点大约为90℃的硬化剂加热到135-160℃，优选150℃是可行的，通过这种方法可以高度液化。上述方法同样适用于软化温度为大约70-80℃的聚合物，优选将聚合物加热到90-110℃，并由此进行充分液化。用本发明方法和本发明的装置实现的所述液化根本就不明显，因为不存在硬化剂和聚合物的混合，因此不用担心由高温造成的提前固化。

通过在用超声能量冲击之后加热所述材料织物，可以加速固化并控制其进程。

很明显，所述超声共振腔可以非常适用于热塑性、含有溶剂的和热反应性浸渍物质，或用于可以其他方法固化的浸渍物质；而不是仅仅适用于双组分系统。在这种情况下，所述超声共振腔不是作为混合头，而仅仅是用于“液化”并用于将该物质紧密混合到所述织物材料中，以及用于排出气泡。

下面将通过附图中的实施例对本发明进行更详细说明。在附图中：

图1表示具有本发明特征的涂敷方法的示意性过程，

图2表示用于浸渍玻璃纤维材料织物并用于生产预浸渍物的具有本发明特征的装置的示意图，

图3表示在本发明方法的各个步骤中，图2所示材料织物的放大的剖视图，

图4表示具有一个共振腔的材料织物的示意图，

图5表示用于浸渍纤维束的装置的示意图，和

图6表示具有两个共振腔的装置的改进的实施例。

根据图1，在第一种方法的步骤A中，制备载体1。在该方法的步骤B中，将双组分浸渍或涂敷物质的第一层2沉积在载体1上。层2冷却并在该方法的步骤C之前固化，在步骤C中，由所述双组分物质的第二种组分构成的第二层3沉积在所述第一层2上。

在该方法的步骤D中，将层2和3彼此充分混合，以便产生所述双组分浸渍或涂敷物质的固化层4。层4可因此完全或部分渗透到所述载体1中。

根据图2，将玻璃纤维织物的材料织物5构成的载体1导入浸渍和涂敷装置6。该装置首先将材料织物5卷绕在辊7上。在所述辊上提供了一个常规宽槽喷头8，由一台挤压机9为该喷头输送加热到大约150℃的Novolac硬化剂(购自壳牌国际化学公司的Epikur DX-175)。液化的硬化剂渗透到材料织物5中，该材料织物在所述方法的其他步骤中被引导到一个冷却装置10上。冷却装置10实现作为第一层2沉积的硬化剂的冷却，以便使该层固化。还可以根据环境温度和路程的长度取消冷却装置10。

所述材料在通过冷却装置10之后，材料织物5通过一个偏转辊11和一个辊12引导到第二宽槽喷头13。由第二个挤压机14为该宽槽喷头13输送加热到大约90℃的环氧树脂(购自壳牌化学公司的Epon树脂1031)。作为第二种成分3沉积的树脂在冷却并固化的硬化剂的第一层2上形成一个独立的层。就是说，使流动性很高的树脂不仅沉积在第一层2的表面上，而且有可能渗透到材料织物5的开放的腔室中，除此之外，它还在已经固化的第一层3上形成独立的第二层。由于以下原因能确保这一目的的实现：作为第二种成分3沉积的聚合物的液化温度明显低于第一层2的液化温度。因此，这两层不可能混合，并且，在沉积时不会激活聚合过程。

在所述第二个宽槽喷头13之后连接一个红外线加热装置15，由该装置对材料织物5和以上两层2和3加热。随后提供一个共振腔16，该共振腔用超声能量冲击材料织物5和以上两层，以便使以上两层2和3的成分彼此充分混合，并且由所述双组分物质均匀填充材料织物5。

在共振腔16之后提供了两个辊17和18，这两个辊以彼此按可设定的距离安装，由这两个辊控制并设定浸渍材料织物5的厚度。在进一步的步骤中，将所述材料织物引导到加热装置20中，以便以可调节的方式控制所述双组分混合物的固化。为此，使用红外线辐射器同样是特别合适的。

图3表示具有图2所示实施例的材料织物5，在各种方法步骤A-D中将其作为载体1使用。这样，在步骤B中用所述硬化剂渗透材料织物5。在步骤C中，将由宽槽喷头13输送的环氧树脂作为第二层3沉积在所述硬化剂上。

在步骤D中，混合层2和3(硬化剂和环氧树脂)，并用所述双组分浸渍和涂敷物质均匀浸渍材料织物5。

从图4可以看出，图2所示的共振腔16被安装在材料织物5的整个宽度上，就是说，在其整个宽度上由超声能量进行冲击。由于图2所示实施例的材料织物的上面涂敷有所述双组分的层2和3，由共振腔16进行的冲击不仅能实现充分混合，并且能加热层2和3。同时，还能确保由所述双组分物质完全渗透材料织物5。通过图6所示实施例可以看出第一共振腔16a是如何以某种方式混合部分残留在所述载体的上面一侧的双组分浸渍或涂敷物质的，以及如何通过超声能量的作用以某种形式“液化”，液化的物质在通过第一超声共振腔16a之后由载体1的材料完全吸收。由第二共振腔16b改善所述材料在载体1中的均匀性和充分混合。

在图5所示实施例中，使用纤维束22作为载体1，首先将其引导缠绕在辊23上，这样在加热的浸渍槽24中用双组分物质的第一种成分浸泡，然后让所述纤维束22通过第二个辊19，在这里让沉积的浸渍物质冷却并硬化。通过两个辊26和27将纤维束22引导通过第二个浸渍槽25，在这里沉积所述双组分浸渍和涂敷物质的第二种成分。通过另外两个辊28和29将纤维束22引导至共振腔16。同样是在这种情况下，所述两种先后沉积的双组分物质的沉积成分形成分立的层。特别是，这些层被排列成不与大表面基质，例如，材料织物5(图2)共平面或平行。不过，由于所述成分是顺序沉积的，并且第二种成分只是在第一种成分冷却并固化之后沉积，存在独立的层，这些层在纤维束22中是不均匀地分布的。共振腔16用很高的超声能量冲击纤维束22，以便将以上两种成分加热、液化、同时充分混合。所述充分混合还可以用两个步骤通过类似于图6所示共振腔16a和16b实现。作为共振腔16，还可以将一种电磁振荡器或以其它方式驱动的振动器用作混合头。不过，使用所述振荡器必须在所述混合头之前提供足够的热量(例如，通过辐射体和／或热空气或通过电力加热)，以便在所述混合头之前充分液化所述双组分物质。

如果仅使用一种成分的浸渍物质，很显然所述第一浸渍槽24就派不上用场。这样，所述装置可用于双组分浸渍物质，以及用于单组分浸渍物质。

Claims (21)

1. 一种用于将双组分浸渍或涂敷物质沉积在载体上的方法，其特征在于优选将所述两种成分依次沉积在所述载体上，并且形成彼此层叠的独立的层，只有当其沉积在所述载体上之后，它们才发生混合，然后固化。

2．如权利要求1的方法，其特征在于

(a)制备具有热塑性可液化或液体成分的双组分浸渍或涂敷物质；

(b)将以上两种成分以独立的层的形式彼此层叠地沉积在所述载体上；

(c)在沉积第二层之前，至少所述沉积层的第一层是固化的；

(d)然后将固化的层再次液化并混合。

3．如权利要求1或2的方法，其特征在于以上两层是通过超声能量混合的。

4．一种用于浸渍大表面或束状制品，特别是材料织物或纤维束的方法，特别是如权利要求1-3中的一项所述的方法，使用包括受硬化剂影响的聚合物交联的双组分浸渍物质，其特征在于，将所述硬化剂和聚合物沉积在所述制品的至少一侧，然后通过超声能量场冲击，使其交联并硬化。

5．如权利要求4的方法，其特征在于

(a)制备一种液体聚合物或者在预定的较高的液化温度下能够被热塑性液化的聚合物和／或液体硬化剂或在较高的液化温度下能够热塑性液化的硬化剂；

(b)将至少处在其液化温度的软化状态下的所述聚合物和／或硬化剂沉积在所述制品上；

(c)在沉积第二种成分之前，至少首先沉积的成分被冷却到低于所述液化温度；和

(d)然后用超声能量场冲击以上两种成分，并让其发生交联和硬化。

6．如权利要求5的方法，其特征在于

(a)制备一种能在第一液化温度下发生热塑性软化的聚合物作为第一种成分；

(b)制备一种能在第二液化温度下发生热塑性软化的硬化剂，其中，所述第一和第二液化温度不同；

(c)首先将具有较高液化温度的成分加热到该液化温度，并沉积到所述制品上，然后再让其冷却和固化；

(d)然后将具有较低液化温度的第二种成分加热到该液化温度，并在低于已经沉积的第一种成分的液化温度下沉积；和

(e)然后用超声能量场处理以上两种成分。

7．如权利要求4-6中一项所述的方法，其特征在于在用超声能量冲击之前以及在沉积所述两种成分之后对所述制品进行加热。

8. 如权利要求7的方法，其特征在于通过辐射热量对所述制品进行加热。

9．如上述权利要求4-8中一项所述的方法，其特征在于制备两种成分，这两种成分相应的软化温度相差至少30℃，优选相差至少50℃。

10．如上述权利要求4-9中一项所述的方法，其特征在于在大约135-160℃，优选在大约150℃下沉积作为第一种成分的软化温度大约100℃的硬化剂，在大约80-110℃，优选在大约90℃下沉积作为第二种成分的软化温度大约50℃的聚合物。

11．如上述权利要求4-10中一项所述的方法，其特征在于用所述聚合物和硬化剂涂敷所述制品的一侧，然后用超声波对涂敷的一侧进行冲击。

12．如权利要求11的方法，其特征在于然后用超声能量冲击所述制品的未涂敷的一侧。

13．如上述权利要求4-12中一项所述的方法，其特征在于所述制品在超声处理之后进行加热处理。

14．如权利要求13的方法，其特征在于所述制品通过辐射热量加热。

15．如上述权利要求4-14中一项所述的方法，其特征在于在所述超声处理之后将浸渍过的制品调整到预定的厚度值。

16．一种用于将双组分浸渍或涂敷物质沉积并交联在载体(1，5，23)上的装置，其中，所述双组分物质包括受一种硬化剂影响的交联的聚合物，其特征在于利用超声共振腔(16，16a，16b)通过超声能量冲击沉积在所述载体(1，5，23)上的浸渍或涂敷物质。

17．如权利要求16的装置，其特征在于用于在所述超声共振腔(16，16a，16b)之前加热所述沉积的浸渍或涂敷物质的装置(15)。

18．如权利要求16或17的装置，其特征在于用于在所述超声共振腔之后加热所述浸渍或涂敷物质的装置(20)。

19．如权利要求16-18中一项的装置，其特征在于用于在载体(1，5，23)上沉积一层通过加热液化的第一种成分(2)的第一装置(7，8，9，24)，以及用于将第二种成分(3)沉积在所述第一种成分上的装置(12，13，14，25)，以及用于充分混合沉积在所述载体(15，22)上的以上两层的超声共振腔(16，16a，16b)。

20．如权利要求17-19中的一项的装置，其特征在于所述用于加热的装置(15)包括一个用于辐射红外线能量的辐射体。

21. 将超声共振腔用于用可固化的聚合物浸渍一种材料织物的用途。

Images