CN109477265A - 用于制造cfk构件的、具有单向增大的强度的纱制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造纤维增强的复合材料的幅材状的半成品、一种用于制造半成品的方法以及一种所属的生产设备。半成品包括由未编织的纤维纱(16)构成的至少一个纱层(12，13，14，15)和至少另一个幅材状的纤维层(21，22)制成的局部强化的平叠结构(11)。至少一个纱层(12，13，14，15)主要或完全由碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维形成，并且纱层(12，13)中包含的纤维(17)具有优选定向(VR)。平叠结构仅通过分层形成，其中至少一个纱层和至少一个纤维层不含附加的宏观支撑件。通过由并排布置的单线制成的幅材状的纱片(23，24)形成另外的纤维层(21，22)。其还主要或完全由碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维形成并具有单独的纤维取向(FA)。纱制品通过在各种层的纤维之间的局部连接点被局部强化，使得半成品具有高的方向性的强度并且同时具有最大的能打皱性。

Description

用于制造CFK构件的、具有单向增大的强度的纱制品
技术领域
本发明涉及一种纱制品(Florprodukt)、特别是一种技术纱制品，用于作为半成品使用来制造纤维增强的复合材料、特别是CFK构件。本发明还涉及一种用于制造纱制品的方法以及所属的生产设备。
背景技术
在实践中，已知使用由一个或更多个纱层制成的纱制品用于制造纤维增强的复合材料。相对于同样已知的纤维织物和纤维条(Fasergelege)，已知的纱制品具有显著改善的能打皱性(3D可变形性)。这特别是由于，包含在纤维纱(Faserflor)中的纤维仅具有相对较小的数量的在单纤维之间的连接点。因此，纱制品可在小的裂纹趋势的情况下并且在没有褶皱形成的情况下在显著更大的周向中打皱，即，在偏离原始制品中的平面延伸的条件下形成任意的三维空间形状。纱制品还提供了可使用较短的纤维和如有必要再生的纤维用于制造纱制品的优点。因此，在制造纤维增强的复合材料时生成的下脚料的大部分或整个下脚料可被再次使用。
至今已知的用于制造纤维增强的复合材料的纱制品具有对于在实践中常用的制造方法而言非优化的强度特性。
包含在纤维纱中的纤维可具有优选定向。然而，纤维纱中的纤维的不可忽视的份额具有混乱定向，并且因此偏离优选定向，使得沿着优选定向方向的方向性的强度仅多于沿着横向于该优选方向的方向的强度一点点。对于制造由纤维增强的复合材料制成的构件而言，期望部分地显著更高的方向性的强度。
专利文献WO 2012/059538 A1公开了一种可作为半成品用于制造纤维增强的复合材料的的毛毡材料(Vliesstoff)和所属的制造方法。该毛毡材料由织物面材生成，其包括一个或更多个纱分层和增强格。在专利文献WO 2012/059538 A1中并且根据技术领域中的通用定义，纱分层是由混乱地(wirr)交互交织的单纤维制成的松散的分层，其不被强化。相比之下，毛毡物(Vlies)或毛毡材料是例如通过针刺强化的纱分层。增强格至少包括结构组件“支撑部(Streben)”和“交叉点”。通过如下形成半成品：
制造纱分层(未强化)并将该纱分层铺设为幅材；将增强格施加在纱分层上；强化相互重叠地所施加的层，例如通过针刺。
根据专利文献WO 2012/059538 A1制造的半成品具有与纯稀松布(Gelegen)相比稍微改善的能打皱性。然而，半成品强制地包括在增强格的纤维之间的交叉点，其导致局部地不均匀的表面特性。例如，造成了对基体(Matrix)材料的局部地不同的接收能力，并且交叉点导致由半成品待制造的构件的表面上的棋盘图案。
专利文献DE 34 11 074 A1公开了用于形成纤维毛毡物的一种方法和一种装置。由所供应的纤维流制成的单纤维通过一个或更多个变换(changierende)的计量装置依次铺设在输送带上，以形成纤维毛毡物。在输送带上，还可供应预制的片材，随后在其上通过铺设纤维形成纤维毛毡物。
专利文献DE 102 05 829 A1公开了一种用于建筑产品的层材料和一种所属的制造方法。上层和下层由毛毡材料形成。在它们之间设置由至少两个单线制成的支撑结构，其中线中的一个以振荡的形式被铺设。在铺设多个单线时，它们被布置为，使得它们至少部分地相互交叉。上层、下层和布置在它们之间的支撑结构相互连接，例如通过粘合、针刺、水刺强化或热粘合。用于上层和下层的毛毡材料通过纺织式毛毡物制造装置(Spinnvliesherstellungseinrichtung)和/或熔喷式毛毡材料制造装置生成，并且相应地包含丝。纺织式和熔喷式方法不适于处理常见的人造纤维(stapelfaser)，其作为承重组件被接纳在起绒的纤维纱中并且用于纤维增强的复合材料。
专利文献DE 197 15 740 A1公开了一种用于制造毛毡物的方法，毛毡物用于纺织的地板覆盖物(特别是地毯)。由具有出口侧的辊的振动箱将纤维纱铺设到已强化的承载毛毡物或承载织物上。随后将该连接在针织机中再次强化。
专利文献DE 10 2009 019 175 A1描述了一种用于制造由纤维式材料制成的增强结构的方法，该纤维式材料具有至少一个毛毡物涂层，其由例如从下脚料废料中获得的再生纤维材料组成。通过首先准备再生纤维的方式来形成增强结构。其进行机械的毛毡物形成。该毛毡物形成包括梳理过程(在其中生成纤维定向)和通过针刺进行的固定或稳定的过程。因此，强化的毛毡物或毛毡材料由再生的纤维制造。除了该单独强化的毛毡层以外，增强结构还可具有单向取向的增强纤维的层，其中这两个层被次级结构贯穿，该次级结构由至少一个线组成并且两个层相互连接，例如，通过这些层被线缝合的方式或通过这些层被织物结构、针织物或编结物贯穿的方式来相互连接。
专利文献DE 10 2011 000 722 A1公开了一种用于制造纤维半成品的方法，在其中提供承载材料，所取向的纤维被铺设在该承载材料上并平坦地分布。承载材料可以是毛毡物，即，已经强化的纱制品。具有所施加的纤维的承载材料被供应给具有压光机的挤压段，以将纤维元件与承载材料持久地连接。
由专利文献WO 2011/101094 A1已知一种用于制造由纤维复合材料制成的板状半成品的方法。具有定向的碳纤维的纤维纱与由无尽的纤维材料制成的增强结构在分层布置中在物质上结合。该分层布置被加热，使得包含在分层布置中的热塑性组件软化或熔化。该分层布置被紧凑化(kompaktiert)并且在压力下或在没有附加的机械挤压压力的情况下被冷却地强化。该发明的目的在于，提供一种用于技术纱制品的改善的制造技术，该技术纱制品作为平坦或幅材状的半成品用于制造纤维增强的复合材料。该制造技术包括制造方法、用于执行该制造方法的生产设备以及所生产的半成品。
发明内容
根据本公开的半成品是具有高的能打皱性和高的单向强度的纱制品。其还具有良好的切割适宜性。
半成品或纱制品包括平叠或分层的布置，该布置由未编织的纤维纱构成的至少一个纱层和至少一个另外的纤维层构成。该另外的纤维层堆叠或层叠在至少一个纱层上，并且由幅材状的纱片(Fadenschar)形成。该纱片具有单独的(exklusiv)纤维取向，并且由并排布置的单线形成。因此，附加的纤维层没有交叉点并且与至少一个纱层一样具有表面均匀的特性。堆叠的布置被共同地局部强化，使得半成品形成线增强的毛毡材料。优选地，仅堆叠布置总体上被局部强化。即，或者至少一个所包含的纱层或者至少一个所包含的纤维层经受单独的局部强化过程。以这种方式确保了，利用局部强化所生成的局部连接点基本上均匀分布在半成品的面上，以及基本上均匀分布在堆叠布置的横截面上。由此，实现了基本上均匀分布在半成品上(平面地和在横截面中)的、连接点之间包含的纤维的自由路径长度，使得有利于半成品的一致的能打皱性。除了适度地能打皱性(可变形性)以外，能打皱性的一致性还具有通过根据本公开的半成品实现的特别的优点。因此，半成品为制造由纤维增强的合成材料制成的构件提供了特别良好的可加工性，特别是在形成强烈弯曲的形状的条件下。
纤维纱是由单纤维或散纤维(Faserflocken)制成的垫状或幅材状的混合物，其中根据纤维纱的制造方式不同，可存在纤维的优选定向，较大份额的纤维或纤维部分沿着该优选方向取向。在本公开的框架下，纤维纱是由人造纤维机械形成的纤维纱。其特别是起绒的纱，该纱主要或完全由基体人造纤维组成。
通过纱片的单独的纤维取向，纱制品的强度对比纤维纱的强度总体上单向性地增大，使得利用该纱制品制造的复合材料的强度也可单向性地增大。纱层和纤维层自身分别具有高的能打皱性，这是由于在纱层中包含的纤维之间以及在纤维层中包含的线之间仅存在横向于优选方向或横向于纤维取向的小的连接力。
纱层和附加的纤维层具有在面中均匀的结构。即，它们不含附加的宏观支撑结构或者诸如缝合或缝纫(Heftung)的宏观支撑手段。特别地，纱片可不含线交叉、粘附格、支撑接缝或类似的在面中起作用的缝合器件或钉合器件(Haftmitteln)。换句话说，纱片可优选地仅由并排铺设的线组成。
纱层和纤维层可利用高的内在运动性来适应三维空间形状，而不会由纱层或纤维层的(宏观)结构分别生成褶裥(Faltenwurf)或优选的裂纹位置。因此，纱层和附加的纤维层的强度特性以及能打皱性(变形特性)可在面中是均匀的。
由于纱层和附加的纤维层的在面中均匀的结构，还可实现对形成基体的复合材料的均匀的接纳能力，这在制造由纤维增强的复合材料构成的构件时引起较小的总重量。还通过纱制品的均匀的和不含宏观支撑件的结构来实现待制造的复合材料的在面中均匀的外观。部分地不期望的棋盘图案或网图案以及由此带来的对可涂漆性而言的缺点被避免，并且不取决于纱层或附加的纤维层是否设置为纱制品的外边缘层。
由仅通过分层形成的纱层和纤维层制成的平叠结构，保持根据本公开形成的纱制品的前述特性。平叠结构的局部强化同样可在面中均匀地实施，使得不用担心有损于前述优点。
在纱片中的线有助于纱制品的单向性强度增大的优点的同时，由纱层生成线的至少一个用于线的支撑功能，其防止了横向于纤维取向或线方向的包含在纱片中的线的轻微撕裂。因此，由至少一个纱层和至少另一个纤维层形成纱制品与由织物或被支撑的线稀松布制成的可比较的半成品相比，具有同等或增大的方向性强度以及同时改善的可处理性。
特别地，纤维层放弃了支撑结构，该支撑结构就像在稀松布、编结物、针织物以及其它常见强化结构中的情况一样。在半成品中首先或仅利用相邻的纱层通过局部强化来实现纤维层中的单线的横向强度。
根据本公开的纱制品可包括一个、两个或更多个纱层，以及一个、两个或更多个附加的纤维层，其中这些层可分别具有一致的构造或不同的构造。通过选择各个层的数量和种类，可在很大程度上自由设置纱制品的期望特性和特别是方向强度。还可在各个层中使用相同或不同的纤维或纤维混合物。
纱制品的至少一个层，即，至少一个纱层或至少一个附加的纤维层主要或完全由纤维材料形成，该纤维材料在待制造的纤维复合材料中起到承载负荷的纤维的作用(简称载荷纤维)。特别地，其可以是碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维。还可以是前述纤维的混合物。特别优选地，载荷纤维在纱制品中的份额共占30％至90％，其中各种层可具有不同内在份额的载荷纤维。
根据第一方面，在纱制品中可包含纱层和至少一个纤维层，其中纱层具有包含在纤维纱中的纤维的优选定向，并且至少另一个纤维层中的单独的纤维取向基本上平行于该优选定向取向。通过优选方向与单独的纤维取向之间的平行性，将沿着该平行方向的单向性强度的最大值与沿着横向方向的单向性强度的最小值结合。沿着平行方向的强度可以是沿着横向方向的强度的数倍。
根据第二方面，纱制品可包含具有优选定向的纱层和具有单独的纤维取向的附加的纤维层，其中优选方向和单独的纤维取向基本上相互横向地定向。这种制造的纱制品具有沿着单独的纤维取向的方向的特别高的强度以及沿着优选方向(即，横向于单独的纤维取向)的第二单向性增大的强度。相反，沿着所有其余方向的强度可更小。
此外，可在平叠结构中设置两个或更多个纱层，它们分别具有优选定向并且其中这些优选定向相互横向地取向。这种布置特别在第一纱层通过纵向平铺或纵向铺设以及第二纱层通过横向平铺或横向铺设生成时实现。
在制造纤维增强的复合材料时，通常在模具中铺设由纤维半成品制成的多个分层。添加形成复合材料的基体的添加物。这样形成的由半成品分层和添加材料制成的结构随后或间歇性地被压缩和硬化，特别是通过热输入和挤压。
根据本公开的纱制品包括多个层，尽管与单层织物或纤维条相比仍可具有增大的厚度，或尽管增大的单位面积重量，仍可具有高的能打皱性和针对形成基体的添加物的良好的穿透性。此外，处于半成品状态下的平叠结构可已具有强度的期望方向分布，否则这在进一步的加工状态下才实现，即通过在构件制造时进行的半成品分层的重叠。因此，可通过施加仅一个由根据本公开的纱制品制成的半成品分层来创建待制造的构件的结构组件，该结构组件在使用织物或稀松布时仅通过按顺序施加多个半成品分层来实现。通过使用根据本公开的纱制品，还可减小用于制造纤维增强的构件的半成品分层工序的数量，其带来成本和时间优势。
一种用于生产根据本公开的纱制品的制造方法至少包括以下步骤，这些步骤可以以给定或任意其它顺序执行：
形成由未编织的纤维纱构成的至少一个纱层和至少另一个纤维层制成的平叠结构。纱层被作为幅材状的纱层铺设在输送装置上。至少一个幅材状的纱片铺设在纱层上方和/或下方，特别是铺设在相同的输送装置上，用以形成至少另一个纤维层。
纱制品的平叠结构被局部强化。局部强化可通过任意强化装置实现。通过在平叠结构中的各种层的纤维之间(即，在一个或更多个纱层的和一个或更多个附加的纤维层的纤维之间)生成局部连接点来生成局部强化。这种局部连接点可特别通过热粘合、通过针刺或通过水刺强化生成。可选地，可使用用于局部强化纱制品的平叠结构的任意其它方法。优选地，局部强化被实施为，使得相对于堆叠布置的面局部连接点均匀分布。
局部强化的程度，即，每个面积单位所生成的连接点的的种类或数量，可优选地设置。通过局部强化来增大纱制品的内聚性，使得可较轻松地处理纱制品。特别地，可增大纱层对相邻纱片的支承作用。然而，局部强化的半成品保持其能打皱性，因为连接点仅局部地存在，使得在连接点之间仍然保留纤维或线的***性。
一种用于制造根据本公开的纱制品的生产设备，包括至少一个输送装置和铺纱机，该铺纱机用于将纤维纱铺设在输送装置上。通过铺设纤维纱，在纱制品的平叠结构中创建纱层。特别地，纱层是沿着输送装置的排出方向延伸的纱幅材。生产设备还包括纱片铺设机，其被构造为堆叠纱层的纱片。在这种情况下，可特别设置为，纱片铺设机将纱片铺设在相同的输送装置上，在其上还铺设上述纱层。因此，铺设的纱片可同样形成在平叠结构中幅材状延伸的纤维层。
在从属权利要求、下面的描述以及附图中，给出本发明的其它有利设计。
附图说明
在附图中示例性和示意性地示出了本发明。其中：
图1是根据本公开的纱制品的平叠结构的斜视图；
图2是将纱层和附加的纤维层铺设在输送装置上的第一实施变型；
图3是由根据图2的方法生成的平叠结构的剖视图；
图4是将纱层和另一纤维层铺设在输送装置上的第二实施变型；
图5是由根据图4的方法生成的平叠结构的剖视图；
图6是根据本公开的生产设备的第一优选实施变型；
图7是生产设备的第二优选实施变型。
具体实施方式
根据本公开的纱制品的示例性实施方式在图1中示出。纱制品(10)通过平叠结构(11)形成。至少一个纱层(12，13)和至少另一个纤维层(21，22)位于该结构(11)中。至少一个纱层(12，13)和至少另一个纤维层(21，22)优选为幅材状的并且沿着排出方向(AR)延伸，例如，该排出方向由输送器件的运行方向预先给定。
在图1的示例中，下纱层或第一纱层(12)和上纱层或第二纱层(13)具有优选方向(VR)，包含在纤维纱(16)中的纤维(17)的大多数份额沿着该优选方向取向。例如，这种优选方向(VR)可在制造纤维纱时在起绒机(45)中生成，这在下面进一步详细阐述。
纤维纱(16)可为了形成纱层(12，13)而直接和单层地铺设在输送装置(30)上。可选地，纤维纱(16)可为了形成纱层(12，13)而两层或更多层地平铺在下面进一步阐述用于平铺地铺设纤维纱的各种实施变型。
为了形成附加的纤维层(21，22)而铺设的纱片(23)由多个线、尤其是纱线(24)形成，这些纱线位于共同的平面或幅材中并且至少并排地布置。包含在纱片(23)中的线、特别是纱线(24)是未编织和未交叉的单线。
单独的纤维取向(FA)平行于纱片(23)中的线(24)的延伸。包含在纱片(23)中的线、特别是纱线(24)的数量以及它们的横向间距可有针对性地预先给定，以实现纱制品的特定特性。在附加的纤维层(21，22)中包含的纱线(24)越多或相邻纱线(24)之间的距离越小，则纱制品中的单向强度上升的程度沿着单独的纤维取向(FA)下落得越大，反之亦然。
任意的纱类型可用于形成纱线(24)，例如，人造纤维纱、包芯纱(Core-Garne)或丝纱。可选地，为了形成纤维片而铺设粗纱或散开的(gespreizte)粗纱。在这种情况下，粗纱的线被分类整理和展开，使得它们仅并排地布置。
人造纤维纱或包芯纱可包含再生纤维，特别是再生碳纤维或炭纤维、再生芳纶纤维或再生玻璃纤维。丝纱可由单丝组成或由少量例如捻合的丝组成。丝是无尽的纤维。粗纱是由未连接的丝制成的绳或束。
纱层和/或至少一个附加的纤维层的材料可以是任意种类的。特别地，可以使用所有的用于制造纤维增强的复合材料的已知纤维材料。对此，特别包括承载纤维(例如碳纤维、芳纶纤维)或矿物纤维(诸如玻璃纤维或玄武岩纤维)。纱层的纤维也可以部分地或完全地是再生的纤维。
一个或每个纱层和/或一个或每个附加的纤维层可主要地或完全地由前述纤维材料中的一种组成。可选地，一个或每个纱层以及一个或每个附加的纤维层可由两种或更多种前述纤维材料的混合物组成。
根据另一方面，在一个或更多个纱层以及一个或更多个附加的纤维层中可分别包含由这种材料制成的纤维，其在待生成的复合材料中起到作为形成基体的组成部分(简称基体纤维)的作用。特别地，其可包含由可熔的塑料(热塑性塑料)制成的纤维。例如，这种纤维份额可在热粘合中用于部分地强化纱制品(10)的平叠结构(11)，其中，通过局部熔化来在各种层(12，13，21，22)的纤维之间形成分散的粘合点。可选地或附加地，局部连接点还可以在每种前述材料组合中通过纱制品的各种层的各个纤维的局部混乱来生成，特别是通过针刺或通过水刺强化。此外，纱层和/或纤维层中的纤维份额(其作为形成基体的组成部分起作用)高，使得其完全形成待制造的复合材料的基体，也就是说后续的制造过程中的构件可仅由根据本公开的半成品构成，而不必附加地供给构成基体的材料。优选地，纤维层和/或纱层中的热塑性纤维的份额可总计超过50％，并且特别地总计超过70％，使得在制造由半成品制成的部件时可省略稍后添加另一形成基体的材料。
在图1中示出的纱制品的三个下层(12，21，13)形成根据本公开的纱制品的第一特别优选的实施变型。此处，纤维层(21)被接纳在两个纱层(12，13)之间。纤维层(21)的单独的纤维取向(FA)被定向为平行于两个纱层(12，13)的一致的优选方向(VR)。上和下纱层(12，13)包裹包含在纤维层(21)中的纱片(23)，并且支撑该纱片或保护包含在纱片(23)中的线(24)免受外部影响。为了实现该机械保护作用，不取决于纱制品包含多少纱层和纤维层，在两个纱层(12，13)之间接纳至少一个纤维层(21)是有利的。
如在下面进一步阐述地，不取决于纱制品包含多少纱层和纤维层，在两个纤维层(21，22)之间接纳至少一个纱层(12)在另一方面在生产技术上是有利的。
在本公开的框架内，设置纱层(12，13，14，15)与纤维层(21，22)的任意组合，其中，特别是其数量以及这些优选方向和单独的纤维取向的定向的组合为了实现有利的制品特性可任意组合。
图2示出了用于将纤维纱(16)平铺地铺设在输送装置(30)上的第一实施变型。在示例中，将纤维纱铺设在已经铺设的其它纤维层(21)上。可选地，可将图2中示出的平铺地铺设的纤维纱直接铺设到输送装置(30)上或铺设到已经铺设的其它纱层上。
通过图2中示出的铺设形式(纵向铺设纤维纱成具有鳞片式布置的活结(Schlaufen))，纤维纱(16)的优选方向(VR)被定向为平行于输送装置(30)的排出方向(AR)。该铺设变型称为纵向铺设。在纵向铺设时，两个或更多个板层(18，19，20)在鳞片式布置中相互重叠地铺设。这可特别由呈纵向铺设机形式的铺纱机(42)实现。
在图2的示例中，用于形成纱层(12)的三个板层(18，19，20)分别相互重叠地铺设。在这种情况下，板层(18，19，20)在形成各自的最上板层与最下板层之间的层闭合(Lagenschlusses)的条件下相互偏移。在图2的示例中，每个板层是带活结(Bandschlaufe)的组成部分，并且刚好待安装的板层(无附图标记)的前面的层棱边(26)被铺设为，使得其恰巧沿着竖直方向位于第一板层(18)的后面的层棱边(27)上方。每个板层(18，19，20)包含下纤维纱片(Faserflorstück)，该下纤维纱片在与排出方向(AR)相反指向的铺设运动中生成，以及包含上纤维纱片，该上纤维纱片在与排出方向(AR)同方向定向的铺设运动中生成。优选地，铺设运动由铺纱机(42)的铺设车产生。代替活结铺设(Schlaufenablage)，可设置平片铺设。平片可例如通过分离正方形幅片由所供应的纤维纱形成。
图3示例性地示出了平叠结构(11)的剖视图，该平叠结构根据图2的铺设方法生成。纤维层(21)包含由大量的单线(24)形成的纱片(23)。在图3的示例中，单线基本上仅并排布置，使得附加的纤维层(21)具有特别小的厚度。
两个纤维纱片位于纤维层(21)上方，它们属于第一板层(18)，另两个纤维纱片也分别如此布置，它们属于第二和第三板层(19，20)。这些纤维纱片共同形成纱层(12)。在必要时可在纤维层(21)下方布置另一纱层(13)。该另一纱层(13)同样可纵向铺设，如在图3中示出的纱层(12)。可选地，这些另外的纱层(13)可以是横向铺设的纱层。
图4示出了用于铺设纤维纱(14)的第二实施变型，该第二实施变型称为横向铺设或交叉铺设。此处，两个或更多个板层(18，19，20)横向于输送装置(30)的排出方向(AR)在鳞片式布置中相互重叠地铺设。在输送装置(30)例如以持续的速度沿着排出方向(AR)运动期间，横向于该方向的纤维纱(16)在往复运动中被供应和铺设。优选地，该往复运动通过铺设车产生。
在图4的示例中，同样在沿着幅材方向的每一点上相互重叠地铺设三个板层(18，19，20)。在这种情况下，每个板层(18，19，20)包括在前进运动时铺设的第一纤维纱片以及在相反的返回运动时铺设的第二纤维纱片。往复运动分别横向于排出方向(AR)定向。
优选地，在横向铺设时还分别在最上方的新添加的板层与最下方的板层(18)之间生成层闭合。在图4的示例中，刚添加的板层(无附图标记)的前面的层棱边(26)被定位为，使得其恰巧位于第一板层(18)的后面的层棱边上方。
由于纤维纱(16)横向于排出方向(AR)铺设，可在该铺设方法中将例如由梳理机(45)生成的纤维纱(16)中的优选方向(VR)同样横向于排出方向(AR)取向。
在图4中的示例中，另一纤维层(21)已位于刚铺设的纱层(14)下方。可选地，纤维纱(16)的横向铺设可直接铺设到输送装置(30)上或铺设到已铺设的其它纱层上。
通过纵向铺设或横向铺设平铺地形成纱层(12)的优点在于，利用仅一个铺纱机可生成纱层(12)，该纱层的厚度明显更大并且尤其地是所供给的纤维纱(16)的厚度的几倍。
图5示出了通过在根据图4的铺设方法中生成的平叠结构(11)的剖视图。其与图4中示出的布置的区别基本上在于，板层(18，19，20)横向于排出方向(AR)铺设，使得褶缝(Falz)分别位于横向于排出方向(AR)的纱制品(10)的外边缘上。
在另一纤维层(21)下方，可在必要时设置第二纱层(15)。其可特别是另一横向铺设的纱层。可选地，可设置另一纵向铺设的纱层。
在图2和图4中示出的铺设方法可以以任意方式相互结合和与可能***在它们之间的线铺设(Fadenablage)结合。特别地，可在输送装置(30)上布置两个或更多个沿着排出方向(AR)布置的铺设装置(40，41，42，43，44)，它们分别将不同的纱层(12，13，14，15)和纤维层(21，22)添加到根据本公开的纱制品(10)的平叠结构(11)。
图6和图7示出了用于制造根据本公开的纱制品的生产设备的示例。
在图6的示例中，设置共同的输送装置(30)，沿着其排出方向(AR)一个接一个地布置第一纱片铺设机(40)、呈纵向铺设机形式的铺纱机(42)、第二纱片铺设机(41)以及强化装置(46)。共同的输送装置(30)由一个、两个或更多个沿着共同的运行方向(＝排出方向)布置的输送带组成，它们优选地以同一速度被驱动，使得在共同的输送装置(30)上通过逐级添加(幅材状的)纱层(12，13，14，15)和纤维层(21，22)来形成平叠结构(11)。
在图6的上部中示出了生产设备(60)的剖视图，而在图6的下半部分示出了俯视图。
在输送装置(30)的开端，首先通过纱片铺设机(40)铺设第一纤维层(21)。该纤维层(21)在图6的示例中形成平叠结构(11)的最下层。
纱片铺设机(40)可任意构造。例如，其可具有一个或更多个带有预制的纱线的储存器卷筒。合适的排出装置可由多个这些纱线形成纱片，并且将其铺设在输送装置(30)上。特别地，纱片铺设机(40)可以是线轴(Fadenbaum)或经轴，或包含线轴或经轴。
可选地，纱片铺设机可包括纱生成机，特别包括多个丝纱生成机(Filamentgarn-Erzeuger)。可在必要时将丝纱线分别从丝纱生成机直接发送或铺设到输送装置(30)上。可选地，可***排出装置和铺设装置，以由多个丝纱形成纱片(23)并铺设该纱片。
随后沿着输送装置(30)的排出方向(AR)布置纵向铺设机(42)。纵向铺设机(42)可具有任意构造。在示例中，该纵向铺设机包括平行于排出方向(AR)运动的铺设车(50)，通过该铺设车将供应给纵向铺设机(42)的纤维纱(16)的自由端在往复运动中铺设。优选地，将纤维纱(16)输送到铺设车(50)可通过同样纵向运动的转向车(52)实现。通过转向车(52)可在纵向铺设机(42)内形成活结或活套(Bandspeicher)(51)，其用于在将纤维纱输出在铺设车(50)上的速度与优选地将纤维纱(16)持续地输送到铺设机(42)的输送速度之间进行速度补偿。
纤维纱(16)通过输送带(49)输送到铺纱机(42)。在输送带(49)前布置纱供应装置(45)，其在此被构造为呈起绒机形式的纱生成机。在实践中，已知通过起绒机制造未强化的纤维纱。例如，起绒机具有大的装饰辊(garnierte Walze)，其形成所谓的鼓(48)。在鼓(48)上携带从絮室(47)中提取的纤维并且形成或梳理成絮状的或棉絮状的纱。通过多个收集辊(Abnehmerwalze)从鼓(48)中提取絮状的或棉絮状的形成物，并且在必要时在轻微密封下形成纤维纱(16)。
可选地，可存在任意其它形式的纱供应装置(45)。例如，预制的纤维纱(16)可从卷筒储存器取走，并且供应给铺纱机(42)。又可选地，纱生成机(45)可以是振动井进料器或进料井(Speiseschacht)。
在图6的示例中，沿着输送装置(30)的排出方向(AR)，在铺纱机(42)后方布置第二纱片铺设机(41)，其可具有与前述第一纱片铺设机(40)相同的构造。通过第二纱片铺设机(41)将第二纤维层(22)铺设到之前形成的纱层(12)上。
在输送装置(30)的末端部可布置作为可选元件的强化装置(46)，平叠结构(11)供应给该强化装置。在图6的示例中，其是针织机或缝针机构(Nadelwerk)。这种机器在实践中已知。
针织机包括针梁，该针梁配备有多个基本上垂直于输送装置(30)定向的针。通过针梁的向上运动和向下运动，针刺入平叠结构(11)中并又拔出。在这种情况下，每个针可从各种层(21，12，22)携带一个或少量纤维并且将所携带的纤维的至少一部分重新定向，并且在必要时带入相邻的层。通过重新定向的纤维部分，在相邻层(21，12，22)之间创建分离的连接点，这些连接点引起局部的强化。
纱片铺设机(40，41)可在必要时比起绒机或相应的其它纱生成机(45)明显更小地构造。因此，与具有对应的纱生成机(45)的多个纵向铺设机(42)相比，沿着(共同的)输送装置(30)的排出方向(AR)设置两个或更多个纱片铺设机(40，41)在制造技术上更简单。在图6中示出的、第一纱片铺设机(40)的、纵向铺设机(42)的和第二纱片铺设机(41)的串联，呈现出特别简单和成本低廉的以及因此用于根据本公开的生产设备(60)的优选实施变型。
图7示出了生产设备(60)的另一有利的实施变型。此处，沿着输送装置(30)的排出方向(AR)一个接一个地布置第一铺纱机(43)、纱片铺设机(40)以及第二铺纱机(44)。至少第二铺纱机(44)可优选地构造为横向铺设机(还称为交叉铺设机)。在横向铺设机(44)中，纤维纱(16)从输送装置(30)的一侧供应，即，横向于排出方向(AR)，使得纱供应装置(45)可同样侧向地布置在输送装置(30)一旁。在这种情况下，纱供应装置(45)可具有上述构造之一。
在图7的示例中，第一铺纱机(43)还被构造为横向铺设机。可选地，与图6中的图示类似，其可被构造为纵向铺设机(42)。
沿着输送装置(30)的排出方向(AR)，在图7所示的方法中首先铺设第一纱层(14)。随后，在该第一纱层上通过铺设纱片(23)形成纤维层(21)，并且又在其上铺设第二纱层(15)。在图7的示例中，还可将平叠结构(11)供应给强化装置(46)。
本发明的变型可以以各种方式实现。特别地，可以对各个实施例的所描述、所示或所要求保护的特征以任意方式相互组合、相互更换、补充或删除。
根据未示出的优选实施变型，可在共同的输送装置(30)上沿着排出方向(AR)一个接一个地布置第一铺纱机(被构造为纵向铺设机)、纱片铺设机以及第二铺纱机(被构造为纵向铺设机)。两个铺纱机可分别与自己的纱供应装置(45)连接。可选地，两个或更多个铺纱机可与共同的纱供应装置，特别是共同的起绒机或共同的振动井式进料器或进料井连接。在起绒机上，可特别地(对于特定的纤维类型)从单一的鼓(48)依次取走两个或更多个纤维纱(16)，它们一方面输送到第一铺纱机，另一方面输送到第二铺纱机。
另一未示出的实施变型设置为，至少一种纤维纱利用至少一个承载带在滚子上可卷起。这种纤维纱可与承载带一起在输送装置的生产设备的入口侧处被供应。在进一步的过程中，可将附加的纤维层铺设到展开的纤维纱上。还可堆叠一个或更多个附加的纱层或纤维层。在生产设备或输送装置的出口处，可将平叠结构在必要时与承载带一起重新卷起。为了增大能卷起性或缠绕适宜性，纱和/或平叠结构可被轻微强化。还可以通过将纤维层和如有必要另一毛毡物层施加到展开的毛毡物上来形成平叠结构，其中同样可进行轻微强化，特别是通过轻微的针刺。
前述方法有可能多阶段地一个接一个地执行，使得例如在生产设备的入口处，或者供给单个纤维纱或者供给之前已形成的平叠结构。在生产设备内，随后可分别添加附加的纤维层和如有必要另一纱层，并且相应地扩展的平叠结构在生产设备的出口处又卷起。
优选地，根据本公开的平叠结构不由可能妨碍纱制品的面的均匀性的缝合器件或缝纫器件形成。特别地，至少一个纱层和至少另一个纤维层分别自身以及彼此间不缝合和不缝纫。通过没有附加的缝合器件或缝纫器件实现了，平叠结构的强度特性和能打皱性基本上仅由所包含的纱层和纤维层的强度、层之间的粘合以及该布置的可能的局部强化得出。因此，在纱制品的面中可实现完全均匀的特性。特别地，可避免已知半成品中的干扰地形成优选褶皱，这在那里经常由横向缝合或附加的缝纫器件引起。
优选地，在平叠结构(11)中设置纱层(12，13)和附加的纤维层(21，22)的各自的交替的堆叠顺序。
作为独立的方面，本公开包括一种用于生成根据上面的描述的纱制品的制造方法，该方法包括以下步骤：
通过将幅材状的纱层(12，14)铺设在输送装置(30)上，由至少一个由未编织的纤维纱(16)制成的纱层(12，13，14，15)和至少另一个纤维层(12，22)形成平叠结构(11)；
堆叠至少一个纱片(23)，以在纱层(12，14)上方和/或下方(特别是在同一输送装置(30)上)形成另一纤维层(21，22)。
优选地，该制造方法还包括以下步骤：
平叠结构通过在各种层(12，13，14，15，21，22)的纤维之间生成局部连接点，来进行纱制品(10)的平叠结构(11)的局部强化，特别是通过热粘合和/或针刺和/或水刺强化来进行局部强化。
该制造方法可包括所有特征，它们单独地或与上述制品和设备相结合地被公开。
附图标记列表
10 技术纱制品/织物的堆叠幅材
11 平叠结构
12 (第一)纱层纵向铺设的
13 (第二)纱层纵向铺设的
14 (第三)纱层横向铺设的
15 (第四)纱层横向铺设的
16 未编织的纤维纱(不织布)
17 起绒的/成絮的纤维
18 第一板层
19 第二板层
20 第三板层
21 第一纤维层
22 第二纤维层
23 纱片，幅材状的
24 纱线/单线
25 铺设的纱幅材
26 前面的层棱边
27 后面的层棱边
30 输送装置/排出带
40 纱片铺设机
41 纱片铺设机
42 铺纱机/纵向铺设机
43 铺纱机/第一横向铺设机
44 铺纱机/第二横向铺设机
45 纱供应装置/纱生成机/起绒机
46 强化装置/缝针机构
47 絮室
48 鼓
49 输送带
50 铺设车
51 活结/带活结
52 转向车
60 生产设备
FA 纤维取向(在所堆叠的纤维层中)
VR 优选方向(在纵向铺设的纱层中)
VR’ 优选方向(在横向铺设的纱层中)
AR 排出方向

Claims (19)

1.一种用于制造纤维增强的复合材料的幅材状的半成品，包括局部强化的平叠结构(11)，该局部强化的平叠结构由未编织的纤维纱(16)构成的至少一个纱层(12，13，14，15)和至少另一个幅材状的纤维层(21，22)制成，其中，至少一个纱层(12，13，14，15)和/或至少一个附加的纤维层(21，22)主要或完全由碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维形成，并且其中，所述纱层(12，13)中包含的纤维(17)具有优选定向(VR)，其特征在于，
-所述平叠结构仅通过分层形成，其中，所述至少一个纱层和至少一个所述纤维层不含附加的宏观支撑件；
-另外的纤维层(21，22)堆叠在所述至少一个纱层(12，13，14，15)上，并且通过由并排布置的单线制成的幅材状的纱片(23，24)形成；
-所述纱片(23，24)具有单独的纤维取向(FA)，以及
-纱制品通过在各种层的纤维之间的局部连接点被局部强化。
2.根据权利要求1所述的半成品，其中，至少另一个所述纤维层(21，22)中的单独的纤维取向(FA)基本上平行于至少一个纱层(12，13，14，15)的所述优选定向(VR)。
3.根据权利要求1或2所述的半成品，其中，至少另一个所述纤维层(21，22)中的单独的纤维取向(FA)基本上横向于至少一个纱层(12，13，14，15)的所述优选定向(VR’)。
4.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，所述半成品(10)具有根据权利要求2构造的第一纱层(12，13)和根据权利要求3构造的另一纱层(14，15)。
5.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，所述纱片(23)包括由人造纤维纱或包芯纱制成的纱线(24)，所述纱线特别包含再生的碳纤维。
6.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，所述纱片(23)包括单丝、特别是由丝纱制成的线。
7.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，至少一个纱层(12，13，14，15)和/或至少一个附加的纤维层(21，22)至少部分地由如下的纤维形成：即所述纤维在待制造的复合材料中起到作为形成基体的组成部分的作用，特别是由能熔化的合成材料形成。
8.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，纱层(12，13，14，15)自身两层或多层地被平铺，特别是具有板层的鳞片式布置。
9.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，通过如下方式形成局部连接点：
-所述纱制品的各种层(12，13，14，15，21，22)的各个纤维的局部混乱，和/或
-所述各种层(12，13，14，15，21，22)的各个纤维之间的粘合点。
10.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，纤维层(21)被接纳在两个纱层(12，13)之间。
11.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，纱层(12)被接纳在两个纤维层(21，22)之间。
12.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，由两个纱层(12，13，14，15)和一个纤维层(21)形成，
-其中，两个纱层(12，13)的所述优选方向(VR)平行于所述纤维层(21)中的纱片(23)的纤维取向(FA)，
-其中，两个纱层(14，15)的优选方向(VR’)横向于所述纤维层(21)中的纱片(23)的纤维取向(FA)，
-并且其中，所述纤维层(21)特别被接纳在所述两个纱层(12，13，14，15)之间。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的半成品，由两个纤维层(21，22)和一个纱层(12，14)形成，
-其中，所述纱层(12)的优选方向(VR)平行于所述纤维层(21，22)中的纱片(23)的共同的纤维取向(FA)，或者
-其中，所述纱层(14)的优选方向(VR’)横向于所述纤维层(21，22)中的纱片(23)的共同的纤维取向(FA)，
-并且其中，所述纱层(12，14)特别被接纳在所述纤维层(21，22)之间。
14.一种用于制造根据权利要求1所述的幅材状的半成品的生产设备，包括至少一个输送装置(30)和(第一)铺纱机(42，43，44)，该铺纱机用于将幅材状的纤维纱(16)铺设在所述输送装置(30)上，用以在所述半成品(10)的平叠结构(11)中形成纱层(12，14)，其特征在于，
-所述生产设备(60)具有至少一个(第一)纱片铺设机(40，41)，该纱片铺设机被构造为，将具有单独的纤维取向(FA)的由并排布置的单线制成的幅材状的纱片(23)堆叠在所述纱层(12，14)上，特别是通过将所述纱片铺设在相同的输送装置(30)上，
-所述生产设备具有强化装置(46)，所述平叠结构被供应给所述强化装置，并且所述强化装置被构造为，在所述各种层的纤维之间生成局部连接点，使得所述半成品被局部强化。
15.根据前述权利要求中的任意一个所述的生产设备，其中，所述输送装置(30)具有排出方向(AR)，并且所述幅材状的纱片(23)的纤维取向(FA)平行于所述排出方向(AR)。
16.根据前述权利要求中的任意一个所述的生产设备，其中，所述输送装置(30)具有排出方向(AR)，并且所述(第一)铺纱机(43)的铺设方向平行于或基本上横向于所述排出方向(AR)。
17.根据前述权利要求中的任意一个所述的生产设备，其中，所述生产设备(60)具有至少另一个(第二)铺纱机(43，44)。
18.根据前述权利要求中的任意一个所述的生产设备，其中，所述生产设备(60)具有至少另一个(第二)纱片铺设机(41)。
19.一种用于制造根据权利要求1所述的半成品的制造方法，包括下列步骤：
-由未编织的纤维纱(16)制成的至少一个纱层(12，13，14，15)和至少一个所堆叠的纤维层(21，22)形成平的堆叠结构(11)，其中，至少一个纱层(12，13，14，15)和/或至少一个附加的纤维层(21，22)主要或完全由碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维形成，并且包含在所述纱层(12，13)中的纤维(17)具有优选定向(VR)；
其特征在于，
-所述平的堆叠结构仅通过分层形成，其中，所述至少一个纱层和所述至少一个纤维层不含附加的宏观支撑件；
-通过铺设由并排布置的单线制成的幅材状纱片(23，24)形成另外的纤维层(21，22)，并且所述另外的纤维层具有单独的纤维取向(FA)；
-并且在生成各种层的纤维之间的局部连接点的条件下所述堆叠结构被局部强化。
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