TWI814816B

TWI814816B - 複合處理裝置

Info

Publication number: TWI814816B
Application number: TW108114166A
Authority: TW
Inventors: 傑瑞Ｒ法蘭
Original assignee: 傑瑞Ｒ法蘭
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2023-09-11
Also published as: US20190322060A1; CN112203827B; US11400663B2; JP2021522088A; TW201943536A; WO2019209854A1; EP3784470A1; JP7326666B2; EP3784470A4; CN112203827A

Abstract

本文闡述系統及方法，其中容積102在入口處接收液體基質108及纖維112，其中該容積102之相對側會聚形成間隙110，且移動表面與該液體基質108及該等纖維112接觸並相對於該液體基質108及該等纖維112移動穿過該間隙110，使得剪切力轉移至該液體基質108及該等纖維112，推動該液體基質108及該等纖維112向前穿過該間隙110，在該液體基質108中產生電流並增加壓力。該容積102內該增加之壓力對該液體基質108內之夾帶氣體形成障壁，使得阻止該等夾帶氣體與該液體基質108及該等纖維112一起穿過該間隙110。

Description

複合處理裝置

本發明之實施例係關於纖維增強複合材料、尤其片狀材料之連續製造。本發明之實施例係關於使用來自與液體接觸之移動表面之剪切力以及限制構件來產生壓力升高之區域，該等材料穿過該等區域。升高壓力阻止夾帶空氣及/或其他氣體跟隨液體及纖維穿過浸漬，從而將其排除在產物之外並改良浸濕。另外，由該等剪切力產生之電流可使懸浮纖維及填充劑在最終產品中之分佈更均勻。

在液體可承受高剪切力之情況下，與液體接觸之表面可非常迅速地移動，從而在高壓及強電流下強力浸濕纖維。然而，同樣之概念可用於在較低壓力下將纖維輕輕浸漬於不能承受高剪切力之液體或固體中。此方法在生產過程中不使用與複合材料之直接機械接觸，其可能會使纖維降解。

在複合材料生產中，組合纖維增強件及液體基質以製成均勻之材料。空隙(如氣泡)應最小化或消除，其他不均勻性亦應最小化或消除，如懸浮在基質中之固體之分佈(若存在)或纖維增強件不連續之纖維分佈自身中可能出現之不均勻性。儘管複合材料有時係利用直接攪拌(如用機械混合器)製成，但通常不使用該等方法，此乃因其會損壞及削弱纖維增強件，而且其不可能用連續纖維增強件。相反，複合材料通常製成片狀，此使得浸漬方法更溫和，並允許連續增強。

空氣通常最初夾帶在基質中或由纖維帶入。當基質黏度低且纖維含量低時，空氣排除更簡單，而當基質黏度越大且纖維含量越高時，空氣排除就越困難。懸浮在基質中之固體通常會使基質更具黏性，從而使空氣排除更加困難。此外，纖維可阻止懸浮固體完全滲透，使固體之分佈不均勻。然而，就性質及經濟性而言，更具黏性之基質、更高之纖維含量及懸浮固體通常係合意的。

有許多技術可形成及浸濕片狀FRP材料，且一些更重要之技術列舉於下文中。儘管該等技術很有價值，但其皆受限於基質之黏度或纖維與其他固體之比例，該等固體可藉由良好之浸漬來添加。

第一種複合浸漬技術係將纖維浸入浴中，並經由諸如襯套、模具或壓延輥之限制擠出多餘之樹脂。此技術之一個實例係拉擠成型，將纖維浸入樹脂中，然後經由加熱之模具拉伸，形成橫截面恆定之部件。此外，纖絲纏繞、預浸處理及許多其他製程亦可利用此第一種技術。此方法亦用於用PTFE浸漬玻璃纖維布，其中基質具有非常低之黏度，但不能在不降解之情況下承受很大之剪切力。

第二種複合浸漬技術係在塑膠膜上計量薄層基質，然後將纖維推入其中或使其隨時間沈降。此第二種技術用於纖維增強塑膠(FRP)面板製造，其中將液體(通常係聚酯樹脂)計量至薄層中之攜載膜上，然後將增強件滴至樹脂上(在短切纖維之情況下)，或將增強件推入樹脂中(在氈或連續纖維增強件之情況下)。將含有樹脂及纖維之膜拉過加熱之床，其中纖維及/或氈沈降至樹脂層中並由其浸濕。有時，將纖維輕輕推入此加熱床上之樹脂中作為額外之浸濕措施。在加熱床之末端，然後用夾輥將頂部膜壓在其上。

第三種複合浸漬技術係使用精確研磨之加熱輥將FRP(通常在離型紙上)輸送通過該等輥形成之一或多個夾點，將材料壓向另外之加熱輥。此技術用於由連續纖維製造預浸料坯。在此情況下，通常，產品比第二種技術薄得多，纖維之比例高得多，且夾輥之力亦高得多。此技術用於製造具有連續纖維及熱熔融樹脂之預浸料坯。在此過程中，用熱熔融樹脂塗覆離型紙，且使一小行連續纖維與相對之離型紙一起進入，並在夾點壓入塗有樹脂之紙中。

第四種複合浸漬技術涉及用開槽輥或雙絲網壓實器件在低壓下處理兩個塑膠片之間之樹脂材料。雙絲網帶壓實器件在多個處理輥下方及上方之兩個絲網帶之間以蛇形路徑輸送樹脂材料，以浸濕材料。此技術用於製造片狀模塑膠(SMC)。

第五種複合浸漬技術用於TMC製造或Heinzmann技術。該等製程之實例闡述於授予Mizutani之美國專利第3,932,980號及授予Heinzmann之美國專利第4,889,429號中，並且用於製造非常類似於SMC之材料。該等方法使用旋轉圓筒及側擋板將樹脂基質及填料聚集在一起，並將其浸漬於旋轉圓筒之間之間隙中。浸漬後，將FRP自旋轉圓筒上剝離並包裝。該兩種技術之區別在於將FRP自旋轉圓筒上剝離並包裝所用之方法。

最近，Fram之美國專利第8,273,286號揭示系統及方法，其中使用至少一個輥(例如衝擊輥)在將纖維推入加壓區中時藉由自樹脂及纖維去除空氣來用液體樹脂(即基質)浸漬纖維(即填料或增強件)。首先將樹脂及纖維分配至入口區中，然後在大多數情況下，將其拉至與輥載膜相鄰之「入口間隙」，並插入「入口間隙」相對側之加壓區中。然後，樹脂及纖維複合材料組合通常與膜一起藉由小「出口間隙」離開加壓區，到達大氣壓，在壓力下推出。快速旋轉之驅動輥表面及樹脂之間之剪切力提供加壓及驅動力。

Salazar等之美國專利第8,915,211號揭示用於用(催化)樹脂浸漬纖維之雙輥浸漬機。樹脂直接保存在兩個輥之上方，並用一組擋板封閉以產生樹脂池。每個輥可產生不同之樹脂池。樹脂釋放機制有助於樹脂及(若需要)觸媒釋放至樹脂池中。樹脂池之溫度以及每個輥之溫度皆可控制。浸漬後觸媒活化劑可用於活化觸媒。

Bruessel之國際專利申請公開案第WO2011/161074號揭示用於連續生產纖維-基質混合物之混合裝置，該裝置具有兩個混合單元，該兩個混合單元排列成彼此相對地位於基架上。每個混合單元具有至少兩個可旋轉之轉向輥，傳送帶圍繞轉向輥經引導。傳送帶限定纖維-基質混合物之混合間隙。至少一個用於沿著混合間隙支撐各別傳送帶之支撐元件排列在轉向輥之間。由此在混合間隙中產生足夠高之壓力來摻和及浸漬纖維-基質混合物之成分。為自傳送帶上剝離掉纖維-基質混合物，提供卸料單元，該卸料單元具有兩個與傳送帶相關聯之卸料元件，並具有相關聯之剝離邊緣。混合裝置可產生混合物流，該絲束可直接作為SMC半成品進一步處理。

業內需要用於擴大可連續製造之複合材料之範圍的裝置及方法。該等裝置及方法應以更強有力之方式將纖維及基質組合起來，以排除空氣並使產品均勻。同時，其可能不會機械降解纖維增強件。業內進一步需要比現有系統更便宜並且以更高之生產率操作之該等系統及裝置。滿足該等需求可生產出優於目前生產之彼等材料之材料，具有諸如重量輕、強度大、成本低等優點。

本發明實施例之關鍵要素集中在FRP製造中剪切力如何產生電流及壓力梯度，使產品更加均勻並分離出夾帶之空氣。儘管沒有進行一般性討論，但該等剪切力及其產生之電流及壓力梯度始終存在於現有之複合材料生產製程中；本文呈現之對其功能之理解係新穎的且係該技術之一個重要態樣。然而，在一些情況下，該等剪切力會使基質降解。因此，重要的是組態浸漬以優化剪切力之使用。

作為此新穎理解之一部分，在本說明書中使用術語「壓力障壁」，該障壁防止空氣在浸漬過程中跟隨FRP。此外，亦使用術語「浸漬壓力」，即FRP穿過「壓力障壁」獲得之壓力，通常相對於大氣壓而言。「浸漬壓力」係可直接量測的。「壓力區」係生產線上處於「浸漬壓力」之FRP之容積。為了保持壓力(且亦為了防止FRP中之電流耗散)，必須將「壓力區」大部分封閉。通常，FRP 經由「入口間隙」進入「壓力區」，且然後經由「出口間隙」離開。實際上，由於任一點之壓力變化而產生之夾帶氣泡上之力大致與FRP中之壓力梯度成比例，並且在該點上方向相反，亦即，定性而言，該點之壓力變化除以該壓力變化之距離。

在本說明書中，使用術語「線速度」作為參考點，意指複合材料生產之線速度。在複合材料具有不拉伸之連續纖維增強件之情況下，「線速度」僅僅係複合材料生產中纖維增強件之速度，且其與生產線中之位置無關。在產品在生產中具有彈性之其他情況下，「線速度」會隨著拉伸而增加，因此其會隨著生產線中之位置而變化。術語「快速移動」在此處意指比「線速度」快得多之移動。

在本專利呈現之大多數實施例中，存在與基質或FRP接觸之「快速移動」表面。該等表面係驅動圓柱形輥之表面，稱之為「剪切幫浦輥」，此乃因其泵送FRP，對其加壓並使其移動，藉由對其施加剪切力，在其中產生速度在「快速移動」表面範圍內之電流。然而，藉由將設備組態為固定表面，膜在一表面上滑動，亦可完全達成良好之浸濕。在此情況下，膜(以線速度移動，而非快速移動)係與材料接觸之唯一移動表面。因此，儘管使用高剪切力可開發新材料，但很明顯，較低之速度及剪切力亦係有用的。

闡述在纖維增強複合材料之浸漬中使用「剪切幫浦輥」之系統及方法。在一些情況下，短切纖維可懸浮在基質中並隨基質一起移動。在其他情況下，氈或連續纖維增強件經由浸漬過程與基質一起拉動，並與基質一起離開。

本發明之典型裝置實施例可用於製造具有連續或不連續纖維增強件之FRP。其包含浸漬機裝置，該浸漬機裝置包括一對彼此平行佈置之輥，輥之每一側具有擋板，輥之間具有間隙，即「入口間隙」，其中稱為「入口輥」之該對輥中之至少一者包含「剪切幫浦輥」。該對輥中之另一輥稱為「入口-出口」輥，可為以線速度攜載膜穿過之非驅動空轉輥或另一個不與膜接觸之「剪切幫浦輥」。在「入口間隙」之另一側，有一個大部分封閉之容積，即「壓力區」，由「入口輥」、「入口-出口輥」、側擋板、靠著「入口輥」工作之刮刀及平行於原始輥對之「攜載輥」限定。「出口間隙」係「攜載輥」及「入口-出口輥」之間之間隙。在此實施例中，設備經設計以使其可快速打開及拆卸以進行清理。

在上述實施例中，當纏繞成卷時，需要至少一層膜來防止FRP黏至自身。對於不連續之纖維增強件，亦需要膜來攜載FRP，此乃因其不能支撐自身。膜可藉由「攜載輥」穿過FRP一側之「壓力區」，或，若「入口-出口輥」係惰輪，則其可將膜帶過FRP另一側之「壓力區」。當「攜載輥」將膜帶過「壓力區」時，膜經由「膜間隙」進入「壓力區」，膜間隙係「攜載輥」及刮刀架之間之狹窄間隙。當「入口輥」或「攜載輥」中之任一者不帶膜時，皆需要刮刀，以使FRP保持在一起，且防止FRP黏在輥上並跟隨輥。當該等輥帶膜時，或若其係固定的，則其不需要刮刀。

在上述實施例中，當「入口-出口輥」係用於將膜帶過「壓力區」之空轉輥時，其必須比膜寬，並且側擋板必須與「入口-出口輥」之表面有一個小間隙，允許膜不受阻礙地進給穿過「壓力區」並自「出口間隙」出來。

在上述實施例中，當「入口輥」及「入口-出口輥」皆係「剪切幫浦輥」時，「壓力區」中存在之唯一膜係圍繞「攜載輥」穿過之膜。然而，在「出口間隙」之後可將第二層膜壓入產品中用於包裝。

在上述實施例中，當僅需要低浸漬壓力時，浸漬機可打開，正如最初僅欲用於清理那樣，消除了入口間隙。此係在第一次實施中完成的，並且入口及入口-出口輥保持固定。在該等輥固定之情況下，任何輥皆不需要刮刀，並且移除入口-出口輥上之刮刀。入口輥上之「刮刀」保持在適當之位置，即使其實際上並不僅僅係為了容納基質而刮擦。

本發明之另一個裝置實施例包含浸漬罐裝置，該浸漬罐裝置包括其間有間隙之一對平行驅動之「剪切幫浦輥」或其表面及平行擋板之間有間隙之單個「剪切幫浦輥」。該等浸沒在樹脂基質之罐中，側擋板亦浸沒在其中。纖維增強件經由間隙穿過側擋板之間。在此實施例中，纖維增強件必須係連續的。在側擋板及刮刀浸沒在基質中之情況下，儘管其必須形成穿過基質之有效障壁，但其不必完全密封，此乃因任何可能洩漏之基質皆無害地返回至罐中。同樣，出於同樣之原因，與第一實施例不同，側擋板之間之距離可大於產品寬度。罐底部需要空轉輥來轉動FRP。

在一組實例中，在「入口間隙」下方形成「壓力區」，刮刀抵靠「剪切幫浦輥」。在兩個「剪切幫浦輥」之情況下，「出口間隙」位於兩個刮刀之間。在單個「剪切幫浦輥」之情況下，「出口間隙」位於刮刀及擋板之間。

在另一組實例中，消除刮刀及「出口間隙」，從而消除「入口間隙」下方之「壓力區」，因此對於給定之「剪切幫浦輥」轉速減少了「壓力障壁」。儘管在此實例中沒有封閉之「壓力區」，但在兩個「剪切幫浦輥」之間之「入口間隙」中存在升高之壓力，此乃因更多之基質被推向此間隙而不能穿過該間隙。因此，仍然存在「壓力障壁」。此第二實例比第一實例簡單，因此在某些情況下可能更可靠，並且壓力障壁可藉由調節輥之速度及其之間之間隙在寬範圍內調節。

在另一個更簡單之實例中，可能適用於僅能承受非常有限量之剪切力之基質，兩個非驅動輥藉由與網接觸而旋轉。該等輥之間之間隙係可調節的，使得壓力障壁係可調節的，且壓力與輥之間之間隙成反比。

一個示例性實施例包含複合處理裝置，該複合處理裝置包括在入口處接收液體基質及纖維之容積，其中該容積之相對側會聚形成供液體基質及纖維穿過之間隙，並且至少一個圓柱形表面形成該容積之相對側之中之一者及間隙，且移動表面與液體基質及纖維接觸並相對於液體基質及纖維移動穿過間隙，使得剪切力轉移至液體基質及纖維，推動液體基質及纖維向前穿過間隙，在液體基質中產生電流，並在容積內之液體基質中沿朝向間隙之向前方向增加壓力。容積內壓力之增加對液體基質內夾帶之氣體形成障壁，使得阻止夾帶之氣體與液體基質及纖維一起穿過間隙。在一些實施例中，液體基質包括黏性液體基質，其中黏性液體基質之黏性比水高至少一個數量級。纖維可包含短切纖維或連續網狀物，例如短切原絲氈、編紗束或連續平行纖維。

在其他實施例中，該容積可形成在至少一個圓柱形表面及第二圓柱形表面之間。第二圓柱形表面可在固定輥上，並且移動表面可包含沿著至少一個圓柱形表面移動穿過間隙之膜。纖維可包含與液體基質一起進入入口並與液體基質及膜一起穿過間隙之氈。

在一些實施例中，移動表面可為驅動輥之表面。驅動輥之表面亦可為至少一個圓柱形表面。驅動輥可為彼此平行佈置在其之間形成間隙之一對輥中之一者。間隙之後之液體基質之第二容積可由該對輥、刮刀、側擋板及攜載輥封閉，並且液體基質自第二容積之出口形成在該對輥中之一者及攜載輥之間。可包括膜以進入該對輥中之一者上之間隙，並穿過攜載輥周圍之出口。在某些情況下，該對輥皆可被驅動。第二膜可經由攜載輥及刮刀之間之膜間隙進入第二容積，並將液體基質及纖維夾在中間，且膜在出口處。

實施例可進一步在容積之每一側包括擋板，保持液體基質自入口移動穿過間隙而不會自每一側逸出。容積每一側上之每一個擋板可以輥之末端及第二輥之圓柱形表面為界。每個擋板可在其自身及第二輥之圓柱形表面之間具有膜間隙，以允許膜繞過每個擋板，但阻止液體基質。

在一些實施例中，該裝置可佈置在填充有液體基質之罐中。移動表面可包含驅動輥之表面，並且至少一個圓柱形表面係驅動輥之表面，其浸沒在罐中之液體基質中並且鄰近在其間形成間隙之第二表面佈置，並且在驅動輥之每一側上之擋板及第二表面將輥之間之液體基質限定於間隙中，並且纖維與液體基質一起連續地穿過間隙。在一些情況下，第二表面可包含第二驅動輥。或者，纖維可為連續的並且被拉到罐之外部以接觸並由此驅動一對空轉輥，使得移動表面包含該對空轉輥之至少一個表面，並且該至少一個圓柱形表面係該對空轉輥之至少一個表面，該對空轉輥浸沒在罐中之液體基質中並且彼此平行佈置，在其間形成間隙，並且在該對空轉輥之每一側具有擋板，以將空轉輥之間之液體基質限定於間隙中，並且藉由調節該對空轉輥中之至少一者相對於另一者之位置來改變間隙。

100:裝置

102:容積

104:輥

106:剪切幫浦輥

108:液體基質

110:間隙

112:纖維

114:刮刀

116:第二容積

118:攜載輥

120:出口

122:第一膜

124:第二膜

200:浸漬機

202A:剪切幫浦輥、輥

202B:剪切幫浦輥、輥

204A:側擋板

204B:側擋板

300:引導件

302:高壓區域

304:空轉輥

306:入口間隙調節螺釘

308:出口間隙調節螺釘

310:裝置

312A:左輥

312B:右輥

314:攜載膜、膜

316:氈

317:備用氈輥

318:產品捲繞器

319:產品

320:擋板

321、323:箭號

322:膜間隙

402:朝下進入的布

404:朝上出去的布

406:剪切壓力輥驅動電動機

408:驅動井

410:驅動帶

500:裝置

502:剪切壓力輥

502A:剪切幫浦輥

502B:剪切幫浦輥

504:纖維氈

504A:布

506:刮刀

506A:刮刀、左刮刀

506B:刮刀、右刮刀

508:壓力區

510:剪切幫浦輥

512:擋板

514:剪切幫浦輥

516:罐

518:壓力室

520:樹脂

522:轉向輥

524:交叉束

526:進料輥

528:出口間隙

530:浸漬布

700:低剪切浸漬機

702A:空轉輥

702B:空轉輥

704:氈

706:間隙

圖1A顯示採用單個「剪切幫浦輥」及單個膜之本發明浸漬機實施例。

圖1B顯示雙膜單「剪切幫浦輥」浸漬機，該浸漬機具有用於計量基質之刮刀片及用於計量及短切纖維之短切機。

圖2A顯示本發明之浸漬機實施例，其採用兩個「剪切幫浦輥」(其中進入浸漬機之單個膜在其右側藉由「攜載輥」引入「壓力區」中)及用於引入不連續纖維之短切機。

圖2B係圖2A浸漬機之等角視圖，顯示沒有短切機，因此在此視圖中，增強件亦可為連續氈。

圖3A及3B以橫截面顯示本發明之浸漬機實施例，其採用兩個「剪切幫浦輥」及一個攜載膜。使用氈來增強。

圖3C、3D及3E係與圖3A及3B所示相同之單元，但第二膜通過「出口間隙」壓入FRP中。

圖3F係為低壓浸漬打開之相同單元；該單元包括引入編紗束之引導件，該引導件防止編紗束起皺及堵塞設備。

圖3G係簡化設備之示意圖，其功能如圖3F所示，但不包括驅動輥，驅動輥不在此處使用。

圖4A至4C顯示本發明之浸漬罐實施例，其具有兩個剪切壓力輥及一個空轉輥，並且沒有「壓力區」。

圖5A係圖4A之剖視圖，顯示在向前推動基質之意義上「剪切幫浦輥」彼此相對旋轉時之樹脂。

圖5B與圖5A相同，但增加了帶有兩個刮刀之壓力區。

圖5C與圖5B相同，帶有顯示不同功能元件之標籤。

圖5D係沒有標籤之圖5C之放大圖。

圖5E係壓力室特寫之相同組態。

圖5F係單個「剪切幫浦輥」抵靠擋板而非另一個「剪切幫浦輥」工作之組態。剪切幫浦輥顯示為逆著纖維增強件之運動方向旋轉。

圖5G係與圖5F相同之組態，顯示為剪切壓力輥在向前推動基質之意義上旋轉。

圖5H與圖5G相同，但具有帶有一個刮刀之壓力室。

圖5I係圖5H之等角視圖。

圖5J係圖5H之詳細剖視圖，顯示「剪切幫浦輥」、擋板及帶有刮刀及「出口間隙」之「壓力區」。

圖6A至6H顯示本發明之浸漬罐實施例之八種可能組態。

圖7顯示簡單之低剪切浸漬機之示意圖，該浸漬機僅具有空轉輥，沒有驅動輥，但具有側擋板及可調節之間隙，以在低範圍內控制剪切力。

1.概述

Fram之美國專利第8,273,286號(以引用方式併入本文中)揭示系統及方法，其中使用至少一個輥(例如，衝擊輥)在纖維進入加壓區時藉由自樹脂及纖維中去除空氣而用液體樹脂(即，基質)浸漬纖維(即，填料或增強件)。當將樹脂首先抽入輥之入口區，然後進入輥附近之「入口間隙」中，然後進入輥相對側之「壓力區」中時，空氣被擠出。「壓力區」係輥輸出側之封閉區域。樹脂及纖維之組合隨後經由小之「出口間隙」擠出。快速旋轉之驅動輥表面及樹脂之間之剪切力提供對基質加壓之驅動力。纖維可為連續的(例如，來自輥之氈)或不連續的，例如，鬆散之切割。

然而，先前技術之系統及方法沒有提供允許入口區及「壓力區」更好地容納及密封之改良，此增加了「浸漬壓力」並集中了FRP中之電流。此外，上面Fram之壓力浸漬機僅闡述了一個實施例，該實施例採用兩個衝擊輥(驅動輥)，該兩個輥皆不支撐膜。沒有辦法將膜直接帶入「壓力區」中。

闡述了系統及方法，其中至少一個移動表面與側擋板及其他限制構件(例如擋板、刮刀及其他輥)組合，藉由在基質上施加剪切力以在基質中產生電流並藉由迫使其加壓而用液體樹脂基質浸漬纖維(即填料或增強件)，纖維進入與圓形表面(例如驅動輥、空轉輥或固定輥)具有間隙之會聚容積中。空氣自所得複合材料中排除，由所得「壓力障壁」排斥，且電流用於攪動所得複合材料，使其更均勻，基質及纖維增強件之間接觸更緊密。纖維可為連續的(例如，來自輥)，亦可為不連續或鬆散之切割。

本發明之實施例使用剪切力在基質中產生壓力梯度及電流，以使複合材料更加均勻，並排除形成複合材料之空氣。該等剪切力由一或多個與基質接觸之旋轉輥產生，基質以遠高於「線速度」之表面速度驅動。所得壓力大致與輥速度乘以基質黏度成比例。輥上之電流速度係輥之表面速度。剪切力產生之壓力梯度可比重力產生之壓力梯度大得多，或比目前使用之大多數浸漬系統中產生之壓力梯度大得多，因此夾帶之空氣可更有效地自未固化之樹脂中排除。類似地，成形複合材料中之電流可比目前使用之大多數浸漬系統中遇到之電流快得多。空氣上之力不同於基質上之力，首先，由於氣泡之黏度很低。因此該等力嚴格垂直於氣泡表面，亦即其不為剪切力，其次，由於質量小，故空氣不會像基質一樣受到慣性或重力之影響。該原理用於將夾帶之空氣推出FRP。應注意，目前用於浸漬複合材料之大多數製程不會明顯損壞纖維。在此過程中，纖維亦可經溫和處理而不會降解。

本發明之一些實施例可使用具有共同寬度之「入口輥」及「入口-出口輥」，此使得能夠在其之外邊緣而非其表面上使用側擋板。藉由此組態，可用一對給定側擋板在連續範圍內調節「入口間隙」。此外，O形密封圈可容易地添加至輥之側面，以進一步防止洩漏，從而改良「浸漬壓力」，並在基質中含有電流。此外，以前，小「入口間隙」將需要在此處有一個精密之側擋板，其很容易使膜變形及撕裂，但由於側擋板在輥之外側邊緣，故沒有薄而精密之部分。本發明之實施例採用兩個「剪切幫浦輥」，其可用於在剪切力降低之情況下達成相同之浸漬壓力，或在剪切力相同之情況下達成更大之浸漬壓力。因此，可達成對材料之更溫和之處置或更大之浸漬，或該兩種屬性之組合。一些實施例亦可在加壓區之出口引入第二膜。

熟習此項技術者將瞭解，本發明之各個實施例可以許多不同之組態來製造，該等組態採用施加至樹脂基質並將電荷推入「壓力區」中之「剪切幫浦輥」。本發明實施例之一些示例性組態定義於下一節中。

應注意，本發明實施例之主要焦點係製造纖維增強聚合物(FRP)材料。因此，本文之語言適用於該應用。然而，應理解，所使用之原理亦普遍適用於其他複合材料之製造。此外，如本文使用之排除之「空氣」可為另一種氣體或非黏性流體。

2.浸漬及空氣排除原理

本發明之實施例可用於在連續製造片狀纖維增強聚合物(FRP)材料中用樹脂基質浸漬纖維。在FRP製造過程中，將液態樹脂基質與纖維增強件組合，其中必須浸漬(或「浸濕」)纖維增強件才能與之結合。然後，具有纖維增強件之樹脂基質藉由固化(對於熱固性基質)或冷卻(對於熱塑性基質)而在最終產品中變成固體。在一些情況下，如SMC生產，在本專利製程中製造之材料係中間產品，用於模製最終產品。在該等情況下，將增稠劑添加至樹脂中，使得隨著時間之推移，其達到適於模製之黏度，但不再用於浸漬纖維增強件。樹脂基質在FRP中將纖維增強件黏合在一起或至少將其包裹起來，並賦予材料形狀、硬度及其他性質。纖維增強件賦予產品強度及剛性。

在浸濕過程中，FRP中應排除空氣，以優化其性質。本發明之實施例提供自FRP更強有力地排除空氣之方法，此方法比使用許多現有製程可達成之方法更強，能夠實現更高之纖維含量及/或更大之基質黏度。相反，空氣排除之能力可以受控之方式降低，以較小之剪切力達成期望之浸濕。在本文呈現之分析中所有FRP製程中之空氣排除之媒劑係液體樹脂基質浸漬纖維增強件時剪切力產生之壓力梯度。然而，本發明之實施例在黏性液體樹脂基質及接觸基質之「移動」表面之間使用剪切力，以產生比大多數其他浸漬製程中遇到之壓力梯度大得多之壓力梯度。因此，本發明之實施例可產生更大之壓力，以在浸漬過程中自液體基質中去除空氣。或者，在高剪切力無法維持之情況下，該等方法可藉由更有效地管控剪切力，以更溫和之處置來改良浸濕。

與移動表面接觸之黏性液體將隨該表面移動，並攜載相鄰之液體。因此，在移動表面緊鄰區域之外之液體中將產生電流。當液體之流動受到限制時，就像在當前方法中受到「入口」及「出口間隙」以及側擋板之限制一樣，大部分液體不能穿過間隙且必須返回並再循環。此係壓力增加之原因，且整個過程中之電流使基質及纖維增強件之間之接觸更加均勻及緊密。

在此段及隨後兩段中，自一杯水之日常實例及已知之浮力原理出發，定性地研究了壓力變化對液體中空氣之作用力。如上所述，液體中亦有電流，且氣泡將趨向於跟隨該等電流，但在此處將氣泡上之力與此流分開考慮。液體中之壓力(重力)隨著離表面之深度而增加。(玻璃、浴缸、湖泊等中之)水面處於大氣壓下，但給定深度之壓力隨著表面以下之深度成比例地增加。壓力等於深度乘以液體密度及重力加速度。水中不可壓縮之物體(在此處其本身可視為不可壓縮的)受到來自水中壓力變化之浮力。根據阿基米德原理，已知此浮力等於排出之水之重量，並且與深度無關。簡單之計算表明，此浮力實際上與物體表面上之平均水壓梯度成比例，而且方向相反。浮力之計算同樣適用於運動中之水，在此情況下，壓力變化之方式可能比簡單地作為深度之函數更複雜。在一杯水中，壓力僅隨深度而變化。其由水之密度乘以重力加速度乘以深度給出。因此，壓力梯度(亦即壓力在最大增加方向上之空間導數)係指向下方之向量，其值係水之密度乘以重力加速度。

液體中氣泡之行為比不可壓縮物體之行為更複雜；由於其尺寸隨著壓力而反向變化，故給定深度之氣泡內部之壓力係恆定的，並且氣泡沒有固定之形狀。然而，此處不需要對液體中氣泡上之力進行更詳細之定性解釋。壓力作用於氣泡，就像其作用於不可壓縮之物體一樣。此外，由於與樹脂基質相比，空氣之密度及黏度可忽略不計，因此其不會像樹脂基質那樣受到顯著之重力、慣性力及剪切力。

在FRP製造中，樹脂基質係運動中之黏性液體，且通常有明顯大於重力之力作用在基質上。通常，在現有製程中，有一或多個階段，最初處於大氣壓下之FRP被推動穿過較高壓力之區域，然後在最後一個階段返回大氣壓。如前所述，在該等過程中，空氣自樹脂基質中去除，此乃因自較低壓力至較高壓力之過渡中之壓力梯度將空氣自FRP之較高壓力區域推開。在所有該等過程中，空氣在被高壓區域排斥時，皆有逸出之路徑。此處稱高壓區之壓力為「浸漬壓力」。在下文中，可使用該等術語及原理來分析現有技術，但此考慮對於本申請來說係原始的。

返回參考習用第一種複合浸漬技術，在該等製程之初始浸漬階段，「浸漬壓力」係僅將纖維浸入樹脂浴中之重力。在最後之限制條件下，「浸漬壓力」會升高，並且由於限制條件對基質施加之剪切力，樹脂中會有電流。然而，該等剪切力及電流僅在具有固定限制條件之複合材料之相對速度下產生，該速度約為「線速度」。

返回參考FRP面板製造中使用之習用第二種複合材料浸漬技術，在所有該等製程中，床中之「浸漬壓力」僅僅比大氣壓稍高，此乃因樹脂層非常薄，且其黏度低。在加熱床之末端，然後用夾輥將頂部膜壓在其上，在FRP上施加剪切力，其在樹脂中形成電流，並對空氣形成額外較小但較大之「壓力障壁」。夾輥相對於樹脂之相對速度亦在「線速度」或更小之數量級，因此壓力障壁及電流速度亦很小。

返回參考預浸料坯製造中使用之習用第三種複合浸漬技術，有效地，此處在每個夾點亦存在「壓力障壁」及樹脂電流。壓力障壁直接排除第一個夾點處之空氣，且自以下夾點排除之空氣必須自側面逸出。「壓力障壁」及電流係由於纖維及離型紙向前與樹脂接觸之剪切力造成的，此乃因若沒有剪切力，就不會有任何東西推動樹脂穿過夾點。然而，離型紙、纖維及樹脂皆以大約線速度移動，因此其之相對速度將小於線速度，並且所得剪切力及電流速度較低。

返回參考SMC製造中使用之習用第四種複合浸漬技術，在壓實機之每個夾點，在排除空氣之基質「壓力障壁」中會產生電流。該等夾點自可直接排除空氣之入口點開始，並且包括上輥及下輥之間空氣可自側面排出或找到更長之路徑之所有夾點。「浸漬壓力」儘管不能直接量測，但可藉由控制將下輥及上輥推到一起之力來控制，並且可計算平均值。此力係有限的，此乃因若其太大，要麼阻止SMC進入壓實裝置，要麼將其自側面擠出。將SMC推入壓實機中之膜速度非常接近「線速度」，因此相對速度亦將低於「線速度」，剪切力及電流速度相應較低。

返回參考TMC製造中之習用第五種技術或FRP面板製造中使用之Heinzmann複合浸漬技術，「浸漬壓力」及電流比其他技術高，此乃因與FRP接觸之輥轉動快。然而，處理中之其他缺陷會使所得材料降解。該等技術必須使用不連續之短切纖維增強件，且不能使用連續之氈或纖維。FRP必須自間隙另一側之浸濕輥上刮下或甩下，然後收集及包裝。在TMC過程中，將FRP甩到塑膠膜上，將另一層膜置於頂部，且將產品捲平並切成各長度。在Heinzmann技術中，將FRP刮掉、擠壓且切割成各長度。在兩種情況下，在穿過輥之間間隙之第一個「壓力障壁」後，FRP立即返回浸漬輥下方之大氣壓，而非像此處呈現之技術那樣進入壓力區中。此降低了間隙中之壓力，且因此降低了「壓力障壁」。在兩種情況下，浸漬後之產品係不連續的，片之間有空氣，且必須對其進行壓縮，以便包裝及去除空氣。此壓縮會使材料降解。

返回參考Fram之美國專利第8,273,286號，入口區中之「壓力障壁」增加，此乃因在「入口間隙」處有來自「壓力區」之背壓。纖維可為連續的或不連續的或兩者兼有。

返回參考Salazar等人之美國專利第8,915,211號，在此處，「浸漬壓力」受到輥施加之剪切力之限制，並且幾乎沒有額外之力可將樹脂推向更高之壓力，此乃因輥以「線速度」移動。關於Bruessel之國際專利申請公開案第WO2011/161074號，在此處，「浸漬壓力」及電流速度亦受到輥以「線速度」施加之剪切力之限制。

施加在液體上之剪切力與與之接觸之表面之速度及液體黏度成比例。與該等表面接觸之液體中之電流速度大約係表面之速度。在大多數製造製程中，FRP之表面速度很慢，通常係製程之「線速度」，亦即，低於正常行走速度，FRP與其接觸之表面之間之相對速度遠低於正常行走速度。因此，在大多數該等製程中，「浸漬壓力」在絕對值上僅略高於大氣壓，並且電流速度同樣較低。因此，在該等製程中攪拌樹脂基質並自其中去除空氣、克服基質中高黏度或高纖維含量之能力係有限的。

本發明之實施例呈現浸濕FRP材料之技術，該等FRP材料之基質黏度及纖維含量之極限高於當前製程中遇到之極限。本發明實施例之基本特徵包括將與FRP接觸之製程表面速度增加到在製程中可能遠遠超過「線速度」之程度，從而產生非常強之剪切力及電流。FRP受到限制，至少有側擋板及狹窄之間隙，以使得該等高剪切力產生高壓且電流集中，而非耗散的。高表面速度源自輥，輥在與FRP接觸時可非常快速地轉動，其經定位可將樹脂基質推入有限之空間中。限制可自該等輥之表面結合輥每一側之擋板、刮刀及其他輥來達成。因此，所得絕對「浸漬壓力」及電流速度可能比當前使用之大多數FRP製程高一個數量級。

應注意，在所述製程下，不連續纖維之行為不同於連續纖維增強件。在兩種情況下，其皆引入基質中並由基質浸濕。然而，連續纖維增強件基本上係以線速度拉過該製程，並且基質可由其攜載。相反，不連續纖維不能攜載基質。因此，不連續纖維隨基質一起行進，並且通常膜與不連續纖維一起使用，以攜載樹脂基質及纖維二者。

3.複合浸漬之應用

闡述系統及方法，其中驅動輥用於纖維增強複合材料之浸漬，以對黏性液體基質加壓並利用液體上之剪切力在其中產生電流，推動液體在高壓下穿過浸漬機。在一些情況下，不連續或短切之纖維懸浮在基質中並隨基質一起行進。對於該等實施例，液體基質包含黏性液體基質，其中黏性液體基質之黏性比水高至少一個數量級。在該等情況下，將膜引入浸漬機中並用於將所得複合材料輸送出去。在其他情況下，將氈或連續纖維拉過浸漬機，由基質浸漬，並且基質由連續纖維拉出，作為剛剛形成之複合材料之一部分。若包裝需要，可使用連續增強件將以與纖維增強件相同之速度移動之膜引入浸漬機中，但該過程亦可在沒有膜之情況下進行。此外，通常可使用單個膜來替代兩個膜，從而節省成本。

帶有氈或連續纖維增強件之本發明之典型實施例包含浸漬機裝置，其包括彼此平行佈置並在其中具有間隙(「入口間隙」)之「入口-出口輥」及「入口輥」，其中「入口輥」係快速移動之「剪切幫浦輥」，並且「入口-出口輥」可為另一個「剪切幫浦輥」或空轉輥，該空轉輥利用刮刀以大約「線速度」與材料一起移動，以防止複合材料黏附至其上並跟隨其，在材料之每一側上有側擋板，平行於該對輥並佈置在出口區域之「攜載輥」。若基質及纖維增強件不連續，則其會以比線速度快得多之電流但以「線速度」下之矢量平均速度移動穿過輥。「壓力區」由「入口輥」、「入口-出口輥」、「攜載輥」、側擋板及刮刀之表面形成。膜經由「攜載輥」及刮刀架之間之小間隙圍繞「攜載輥」引入「壓力區」中，且膜將複合材料攜載出「出口間隙」至捲繞器進行包裝。

圖1A及1B顯示本發明之示例浸漬機實施例。兩圖皆指示使用膜將基質及纖維進給至浸漬機。圖1B指示進給至高壓容積之第二膜，但圖1A指示沒有該膜之相同製程，但在「攜載輥」上有刮刀。圖1A中之刮刀防止FRP黏在「攜載輥」上並迫使其與膜保持在一起。然而，對於圖1B所示之膜，刮刀不係必需的。在圖1B中，顯示刮刀片將基質層計量於膜上。在刮刀片之後，纖維切割器將短切纖維滴在基質塗層之整個寬度上。隨後係浸漬機，該浸漬機具有單個「剪切幫浦輥」，第二膜(在圖1A中未呈現)引入「攜載輥」上之高壓容積(第二容積)中。顯示用於包裝之捲繞器。「入口輥」(「剪切幫浦輥」)係「入口-出口輥」上方及右側之驅動輥，在該等圖中係未驅動輥，兩個輥一起形成「壓力區」之入口。在圖1B中，攜載輥將膜攜載至高壓容積中，且現浸漬之FRP經由兩個膜之間之「出口間隙」攜載至捲繞器。值得注意的是，導致「入口間隙」及「壓力區」內之增加之壓力形成了樹脂內夾帶氣體之障壁，使得阻止夾帶氣體與黏性基質一起進入「入口間隙」。此增加了樹脂於纖維中之浸漬，且因此改良了所得複合材料之性質。

在圖1A中，將單個膜引入「入口-出口輥」之周圍，該輥係空轉輥，並且攜載輥上之刮刀保持FRP跟隨其。基質及纖維自左側計量至膜上。此處未顯示計量該等組分之方法，但可為用於計量基質之刮刀片及用於計量及分配不連續纖維之短切機，如圖1B所示。亦可引入連續纖維增強件，且基質可用計量幫浦泵入，並分佈在產品之整個寬度上，而非由刮刀片分配。在圖1B中，「入口-出口輥」係攜載膜之空轉輥，且「攜載輥」具有刮刀，以保持FRP與膜在一起，並且不允許FRP黏在「攜載輥」上並跟隨其。

圖1A之裝置100將容積102定義為兩個彼此平行佈置之輥104(入口-出口輥)、106(剪切幫浦輥)之間之會聚空間，液體基質108(混合有纖維112)進入該空間。入口僅僅係輥104、106之間之入口空間。容積102之相對側會聚形成間隙110(入口間隙)，供液體基質108及纖維112穿過。如圖所示，輥104、106之兩個圓柱形表面形成容積102之相對側及其間之間隙110。在此實施例中，移動表面係剪切幫浦輥106之圓柱形表面，其與液體基質108及纖維112接觸，並相對於液體基質108及纖維112移動穿過間隙110，使得剪切力轉移至液體基質108及纖維112，推動液體基質108及纖維112向前穿過間隙110，在液體基質108中產生電流並增加容積102內液體基質108中在向前方向上之壓力。容積102內增加之壓力對液體基質108內之夾帶氣體形成障壁，使得阻止夾帶之氣體與液體基質108及纖維112一起穿過間隙110。在此示例性實施例中，在間隙110之後液體基質108之第二容積116由該對輥104、106、刮刀114、側擋板(在輥104、106之每一端)及攜載輥118封閉，且液體基質108自第二容積116之出口120(出口間隙)形成在該對輥104中之一者及攜載輥118之間。如業內已知，刮刀114包括與輥接觸之刀片，以在液體基質108通過時自圓柱形輥表面擦掉液體基質108。液體基質108中之壓力在此第二容積116中更高。第一膜122進入該對輥104中之一者上之間隙110，並穿過攜載輥118上之(第二容積116之)出口120。圖1B之實施例亦包括第二膜124，其進入攜載輥118及刮刀114之間之膜間隙，以將液體基質108及纖維112與出口120處之第一膜122夾在中間。圖1A及1B之實施例之所有其他元件係相同的。

圖2A及2B顯示本發明之浸漬機200實施例，其採用兩個「剪切幫浦輥」、單個膜及纖維短切機，僅在圖2A中顯示。在圖2A中，左側之捲繞器包裝FRP。應注意，最終之刮刀應理想地位於出口間隙處。圖1A所示之排列可能會自左剪切幫浦輥對膜產生過大之應力。在圖2B中，未顯示用於計量基質之構件，但其可藉由計量經由在線混合器之幫浦進料。在此實施例中，形成入口之兩個輥皆被驅動，即係「剪切幫浦輥」。在此處，「攜載輥」亦將膜帶入「壓力區」中，並經由左側之「出口間隙」攜載現浸漬之FRP。左側「入口-出口輥」上之刮刀保持FRP黏在其上，迫使FRP與膜保持在一起。如同本文之所有實施例，導致「入口間隙」之在「壓力區」中增加之壓力形成樹脂內夾帶氣體之障壁，使得阻止夾帶氣體與黏性樹脂一起通過「入口間隙」。此外，快速移動之輥產生之電流攪動複合材料，使其更加均勻。因此，改良樹脂對纖維之浸漬。

在圖2A及2B之實施例中，容積102現形成在一對剪切幫浦輥202A、202B之圓柱形表面之間。纖維112自上方之切割器落入液體基質108中。輥202A、202B之間之間隙的作用方式係如同圖1A及1B之輥104、106之間之間隙，但輥202A及202B在此處皆被驅動。在此情況下，每個輥202A、202B之表面提供移動表面，以將液體基質108及纖維112驅動至間隙110中。在此處，在間隙110後採用由該對輥202A、202B、刮刀114、側擋板(在輥104、106之每一側)及攜載輥118封閉之第二容積116，且來自第二容積116之液體基質108之出口120(出口間隙)形成在該對輥202A中之一者及攜載輥118之間。圖2B圖解說明側擋板204A、204B。如圖所示，側擋板204A、204B抵靠剪切幫浦輥202A中之一者之圓柱形表面佈置，但抵靠另一個剪切幫浦輥202B之側面佈置。

圖3A至3E顯示本發明之浸漬機實施例，其採用兩個「剪切幫浦輥202A、202B(作為剪切注射輥)」及一個氈316(具有一個備用氈輥317)以及一個攜載膜314。在此實施例中，纖維增強件係自直接在兩個驅動輥之間之氈輥輸送到高壓容積入口中之連續氈。沒有引入短切纖維，但其可引入。藉由防止夾帶空氣或進入「高壓區域302」之「壓力障壁」改良氈之纖維浸漬。此外，由高速輥產生之基質中之電流使糊劑(液體基質108)與纖維氈更緊密地接觸。捲繞器將浸漬樹脂之氈與膜一起拉過「出口間隙」。靠著「入口-出口輥」工作之刮刀114迫使基質與氈及膜保持在一起，防止基質黏附在「入口-出口」輥上及跟隨該輥。圖3B亦顯示入口間隙調節螺釘306和出口間隙調節螺釘308。圖3D及3E自兩側顯示同一個實施例之視圖，其中完成了結構框架。該等實施例採用如在圖1A、1B、2A及2B之實施例中所闡述發揮功能之元件，並且如熟習此項技術者將理解，該等元件在附圖中係可識別的。

圖3F係類似於圖3A至3E之實施例之單元，但打開用於低壓浸漬。在此情況下，沒有採用第二容積，此乃因經由第一間隙110發生充分之浸漬及空氣消除。在此處，該單元包括引入編紗束之引導件300，其防止編紗束起皺及堵塞設備。圖3G係簡化設備之示意圖，其功能如圖3F所示，但不包括驅動輥，驅動輥不在此處使用。

圖3G係用於低壓浸漬之裝置310之示意圖，該裝置310僅採用第一容積102及在左輥312A和右輥312B的兩個圓柱形表面之間之單個間隙110。裝置310包括空轉輥304。重要的是要注意，在此情況下，左輥312A和右輥312B可為固定的。特別地，左輥312A可為固定的，而右輥312B可為固定的或僅僅係空轉的(隨著膜314在其表面上運行而移動)。膜314及氈316材料皆拉到產品319於其上捲繞之驅動產品捲繞器318上。因此，膜314係與液體基質108接觸之移動表面，該液體基質108對間隙110加壓以消除空氣並浸漬氈，如前所述。氈316亦拖動基質108穿過間隙110，具有相同之效果。該示意圖亦顯示容積102每一側上之擋板320之輪廓。如同先前實施例，在此處擋板靠著左輥312A之側面及靠著右輥312B之圓柱形表面運行，且對於一系列間隙可調節(如箭號321所示)。在擋板320及右輥312B之圓柱形表面之間存在小之膜間隙322，其允許膜314繞過，同時防止液體基質108通過(如箭號323所示)。因此，膜314之邊緣延伸穿過此膜間隙322，超過擋板320。

4.浸漬罐之應用

本節闡述在浸漬罐系統中使用「剪切幫浦輥」之各種實例之詳細描述。在浸漬罐應用之情況下，在液體(例如樹脂)罐內形成「壓力障壁」及電流，並且連續纖維或氈隨電流通過此「壓力障壁」。在一些實施例中，使用刮刀在「入口間隙」之後形成「壓力區」，增加了通向「入口間隙」之壓力梯度，並在基質中以受限之電流在其後產生高「壓力區」。在其他實施例中，沒有使用刮刀，亦沒有封閉之高「壓力區」。然而，仍然存在「壓力障壁」及電流，產生由兩個「剪切幫浦輥」或一個「剪切幫浦輥」及一個擋板形成之間隙，此乃因「剪切幫浦輥」將更多之基質推向「入口間隙」，而非使其通過。在間隙後，隨著「剪切幫浦輥」將基質抽走，基質中之壓力及電流會下降。「壓力障壁」排除夾帶空氣之原理與浸漬罐相同，如同先前闡述之作為電流源之壓力浸漬機一樣。

本發明之浸漬罐實施例可包含一對彼此平行佈置並在其間具有間隙之驅動「剪切幫浦輥」、該對輥浸沒於其中之流體罐、側擋板及以「線速度」在該對輥之間通過之連續纖維增強件。在一個實例中，藉由每個浸漬輥上之刮刀在兩個「剪切幫浦輥」下方之基質中形成「壓力區」，該等浸漬棍由纖維增強件穿過之小「出口間隙」隔開。在另一實例中，消除刮刀及「出口間隙」，因此沒有形成封閉之「壓力區」，但在入口間隙處仍然存在「壓力障壁」，並且在其兩側之基質中產生電流。

若沒有「壓力區」，則「入口間隙」處之壓力會降低，因此對於任何給定之「剪切幫浦輥」轉速，空氣之「壓力障壁」亦會相應降低。然而，設備更簡單且可能更可靠。此外，沒有「壓力區」之「壓力障壁」中之缺陷可藉由更高之輥速來克服。無論有無「壓力區」，由於設備浸沒在基質中，刮刀及側擋板不必緊密密封輥，此乃因少量洩漏最終會無害地返回基質中。

儘管在本發明之此實施例中，「壓力障壁」可有效地排除空氣，但液體樹脂基質中之電流對於帶走排除之空氣亦係重要的。本發明之此實施例提供各種組態及參數，該等組態及參數可經調整以優化其功能，並且可能克服無法預見之問題。作為未預見問題之一個實例，在現有之處理器管線中，有時來自纖維增強件之空氣會在罐中形成氣泡，該等氣泡必須遠離布通過之路徑以防止缺陷。首先，由於每個輥可在任一方向上旋轉，輥旋轉有四種可能之組態，並且每種皆可在有或沒有「壓力區」之情況下實現，從而形成八種可能之組態。圖6A至6H顯示如上所論述之本發明之浸漬罐實施例之八種可能組態。此外，每個輥之速度可連續及獨立地變化。「出口間隙」(若存在)及「入口間隙」皆可調節，並且浸漬機在基質表面以下之深度可改變。

圖4A及4C顯示浸漬罐之實施例，圖4B顯示進入到浸漬罐中的浸漬插入物本身。圖4A及4C隱藏了交叉束和交叉構件，顯示朝下進入的布402及朝上出去的布404，且該浸漬罐之實施例具有一剪切壓力輥驅動電動機406、一驅動井408及一驅動帶410。圖5A至5J顯示本發明浸漬罐實施例之其他細節。圖5A顯示裝置500，其中剪切壓力輥502(在圖5C中)，即，兩個「剪切幫浦輥」502A、502B(驅動)，以與纖維氈504在沒有刮刀或封閉壓力區域(第二容積)之情況下行進相同之方向反向旋轉。圖5B顯示具有兩個刮刀506A、506B(邊緣靠著纖維氈及液體基質運行)及在「剪切幫浦輥」502A、502B之後之封閉「壓力區」508(第二容積，由封閉纖維氈504之左刮刀506A及右刮刀506B形成)之相同裝置。刮刀506A、506B具有接觸上面之剪切幫浦輥502A、502B之邊緣，由下面具有出口之結構支撐，並形成加壓之第二容積508。圖5C係圖5B之剖視圖，並顯示罐516、壓力室518、樹脂520、轉向輥522、交叉束524、進料輥526。圖5D係圖5C之放大細節視圖，且圖5D係進一步放大顯示左刮刀506A及右刮刀506B之「壓力區」508。圖5E顯示出口間隙528及浸漬布530。

圖5F顯示單個「剪切幫浦輥」510，其經驅動與纖維氈504(布504A)之運動相反，即向上，抵靠擋板512，以幫助纖維氈504浸漬。顯示「剪切幫浦輥」在逆著纖維氈504之運動方向推動基質之意義上旋轉。纖維氈504拉過裝置500。相反，圖5G顯示與圖5F所示相同之設備，其中「剪切幫浦輥」514以反向驅動。圖5H與圖5G相同，但在「剪切幫浦輥」514之後之單個刮刀506及擋板512之間增加了「壓力區」508(第二容積)。圖5I係圖5H之實施例之等角視圖，且圖5J係圖5H之實施例之「壓力區」之細節視圖。

圖7顯示簡單之低剪切浸漬機700之示意圖，該浸漬機700僅具有空轉輥702A、702B(或固定輥)，但在液體基質罐中沒有驅動輥，但具有側擋板及可調節間隙，以在低範圍內控制剪切力。此係低剪切力及低壓障壁之組態。因此，操作類似於上面在圖3F及3G中闡述之實施例，但如熟習此項技術者將理解，容積浸沒在液體基質之罐中。在此處，液體基質通常不具黏性。兩個輥702A、702B皆由穿過罐之氈704(網)驅動，因此其以線速度移動。該等係移動表面，且其與氈一起相對於罐中之樹脂移動。浸漬壓力障壁藉由調節輥702A、702B之間之間隙706來調節。浸漬壓力藉由減小此間隙706而增加，但可藉由充分增大此間隙706最終減小到零。間隙706可藉由上下移動上輥來調節，同時下輥保持在原位。輥每一側上之側擋板確保液體基質經限制通過夾點(間隙706)或再循環回來，而非流向輥702A、702B之側面。

包括本發明較佳實施例之描述到此結束。出於說明及描述之目的，已呈現包括本發明較佳實施例之前述描述。其並不欲窮舉或將本發明限制於所揭示之精確形式。在前述教示之範圍內，許多修改及變化係可能的。在不背離所附申請專利範圍中所述之發明概念之情況下，可設計本發明之其他變化形式。