CN1232744A - 用于制作连续的复合材料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制作连续的复合材料的一个方法和一个装置,该复合材料由单向的加强纤维和热塑性的塑料制成,其中,该沿纵向运动的、平行连续的加强纤维束被预加热并被连续输送的热塑性熔化物所浸渍,此后这样构成的连续复合材料被冷却。为了改进这种浸渍过程,本发明建议,该热塑性熔化物构成一个长形的浸渍段,其中,为了减小熔化物粘度被输入连续的机械能;这样被预热的纤维束连续地被拉过减小了熔化物粘度的区域。

Description

用于制作连续的复合材料的方法和装置
本发明涉及一个由单向的加强纤维和热塑性的塑料制作连续的复合材料的方法，其中，沿纵向运动的、平行连续的加强纤维束被预加热并用连续输送的热塑性熔化物浸渍。然后，这样构成的连续的复合材料被冷却。
本发明还涉及一个实施上述方法的装置。
这样一种方法可从DE4112129A1中获知。此处，由一个固定点将已熔化的热塑性塑料涂置到该运动的纤维束上。依此，纤维束用热塑性的塑料浸渍，同时，最多3％重量百分比的塑料允许被刮去。
EP0102159B1也公开了一个可比较的方法，其中，为了降低熔化物粘度，应用了可减小粘度的填加剂。
EP0287427B1以及EP0415517A1所公开的方法是，用于浸渍的纤维束被拉过一个部件，在其出口部置有热塑性熔化物。
本发明任务在于，对开头所述类型的方法在可实现的浸渍程度和其浸渍速度上加以改进并对此提供一个合适的装置。
在开头所述方法的基础上，对上述任务，本发明采取如下解决方案：该热塑性熔化物构成一个长形的浸渍段，其中，为了减小熔化物粘度，而连续地输入机械能；被予加热的纤维束则被连续地拉过已减小了熔化物粘度的区域。
在一个实施上述方法的装置中，为了解决上述任务，按照发明要求，通过如下措施解决：设置一个被加热的封闭的浸渍工具，其具有至少一个用于要浸渍的纤维束的输入管道，还具有一个使输入管道与一个出口相连接的并构成该长形的浸渍段的且至少基本上用热塑性熔化物填满的导引通道，还具有至少一个通入这个导引通道的用于热塑性熔化物的输入管道，以及还具有至少一个可运动的，对导引通道中的热塑性熔化物施加以机械能的剪切元件。
依此，按照本发明，热塑性熔化物对该纤维束的作用被分散。为了加速和改进浸渍作用，该熔化物粘度可通过施加于熔化物中的剪切力而被减小。按照发明要求，使涂覆区域和浸渍区域相互重叠。同时，为了解决所述的任务，按照目的要求应是，在浸渍段中至少一部分热塑性熔化物被强制发生一个横向流动。这一点就装置方面而言可以如此地实现，即，在导引通道的壁中设置曲折结构。
按照发明要求，为了将机械能置于热塑性熔化物中应用至少一个可运动的剪切元件，它可以被外部动力驱动或者也可被经过其导行通过的纤维束置于转动。另外，可以符合目的要求的是，该纤维束被导行在一个将至少一个剪切元件部分地环绕的浸渍段中。
为了一方面可以将高的剪切力置于热塑性熔化物中，另一方面使热塑性熔化物在浸渍工具中的逗留时间减少，这个构成浸渍段的导引通道应尽可能被构造得狭窄；并且该纤维束要紧靠地在剪切元件旁导行通过，在此处，熔化物粘度的下降最强烈。
与DE4112129A1中的方法相比较，按照本发明，通过熔化物给料的分散以及通过熔化物给料与浸渍工作相重叠和通过熔化物粘度的减小，再基于被施加的剪切作用，就可以使热塑性物在浸渍工具中的逗留时间被减小，因此，可实现改善的材料特性。按照应用的热塑性物料和在加强纤维上的数额，即便在动态的载荷或提高的冲击力度下也可实现改善的特性。另外，按照发明要求，浸渍速度也被提高了。
相对于EP0102159B1的方法，按照本发明，可以放弃在现有技术中必需的填加剂的补充汽化工序。依此，按照发明要求，用于浸渍工作需要较少的能量。另外，在本发明方法中由于提高的温度，热塑性熔化物的逗留时间明显地缩短，这样，导致了改善的产品质量。
另外，相对EP0287427B1和0415517A1中的方法，本发明方法由于熔化物涂置的分散，同时由于剪切作用使得熔化物粘度的下降就可导致浸渍时间的缩短，进而，在提高的浸渍品质情况下既可以提高纤维运行速度又可以缩短所述逗留时间。因为剪切速度对粘度的影响远远地大于熔化物温度的影响，所以，不仅熔化物温度被下降，而且浸渍品质被提高。
通过按照发明要求以机械方式向热塑性熔化物中施加能量，和由此导致的热塑性熔化物的粘度下降，以及使横向流动的提高，都不会使在工具中安置的纤维束受到机械损伤。公知的是，在纤维束的表面上的熔化物膜会起到一个保护作用。基于这一效果，就可以不用至今技术上变换的静态工艺运行通过在聚合体熔化物中的扩展和偏转作用而转换为一个动态的技术方案。由此导致的较低的工艺温度，较短的逗留时间和改善的浸渍过程就可以至此通过一个适于具有小于100帕·秒(Pa·s)的较小剪力的粘度的热塑性物的工具结构来实现。当然可以想到一个用于较高粘度的材料的结构配置。
本发明另外的特征方案是从属权利要求的技术主题并且借助实施例和结合本发明另外的优点作详细地阐述。
在附图中以示意方式描述了本发明几个作为示例说明的实施例。
图1表明一个带有盘形剪切元件的浸渍工具垂直剖面图；
图2表明一个类似于图1的但带有构造为齿盘的剪切元件的浸渍工具剖面图；
图3类似于图2表明一个在导引通道中带有曲折结构的浸渍工具剖面图；
图4类似于图1、表明一个带有凸轮形剪切元件的浸渍工具剖面图；
图5类似于图1、表明一个带有两个分别构造成齿盘的剪切元件的浸渍工具剖面图；
图6是类似于图5的浸渍工具带有敷设的用于束纤维的输入管道的剖面图；
图7类似于图5、表明一个浸渍工具带有两个盘形的剪切元件，这两个剪切元件分别带有轴向的和径向的输送导管以用于热塑性熔化物，和
图8是旋转90°的图2的浸渍工具并被安装在一个单蜗杆挤压机上；
图1表明一个被加热的浸渍工具1，并具有一个输入管道2以用于一个要浸渍的纤维束3，还具有一个使输入管道2与一个出口4相连接的、并构成一个长形的浸渍段的、且至少基本上用热塑性熔化物填满的导引通道5和具有一个沿标明之箭头方向可转动的并对导引通道5中的热塑性熔化物施加以机械能的且为圆盘件6形式的剪切元件。
输入管道2的长度是如此确定的，即，要被浸渍的纤维束3在其导入到该浸渍工具1中的通过接触传热被予热到至少近似地为处于导引通道5中的热塑熔化物的温度上。
该纤维束3的运行方向通过标明的箭头来说明。依此，在出口4中的输送方向和在输入管道2中的方向是相反的。该纤维束3环绕该盘件6约180°的圆周角度并离这个盘6的圆周面具有一个最好只有一很小的净距离，该盘6被一个外部的驱动装置连续地转动；依此，该纤维束3可在被减小的熔化物粘度的区域内运动，而这个减小的粘度是通过将被驱动的盘件6所产生的机械能输入到该热塑性熔化物中而导致的。
按照图2和4的实施方案基本上与图1的方案相一致，其中，图2中的剪切元件构造为齿盘7，而在图4中构造为凸轮形的盘件8。在此，图2和4的剪切元件7,8可以自由转动地被支承并被其上拉过的纤维束3置于转动。
按照图3的浸渍工具与图2的方案相一致。但是，在导引通道5的内壁中附加设置了曲折结构9，通过它，可使导引通道5内的一部分热塑性熔化物被强制地产生一个横向流动。
在图5的实施方案中，该纤维束3被围绕两个紧密相邻安置的齿盘7导行，因此，纤维束3的输入方向和其输出方向相一致。
在图6的实施方案中，以及在图5的浸渍工具中，该输入管道2和出口4是如此配置的，即，形成一个倾斜的输入及输出。依此，纤维束3在浸渍工具1中的逗留时间在相同的纤维速度时被加长了。另外，在两个齿盘7的每个中，所述由纤维束3形成的环绕角被加大了。
按照图7的实施方案基本上与图5的型式相一致。此外，作为剪切元件设置了两个相邻安置的盘件10，它们分别具有一个轴向的输入管11以用于热塑性熔化物，输入管为了熔化物的分散涂敷星形地相对于盘件10的剪切面引出，其中，这些单个的流出口12被深深地安置在盘件10的构成剪切面的圆周面中。
图8十分简化地示出一个蜗杆挤压机14，在其蜗杆15上法兰连接上一个浸渍工具1的构造为齿盘7的剪切元件。

Claims (18)

1、由单向的加强纤维和可热塑熔化的塑料制作连续的复合材料的方法，其中，该沿纵向运动的平行连续的加强纤维束被予加热并且用连续输送的热塑熔化物浸渍，此后，这样构成的连续复合材料被冷却，其特征在于：
该热塑性熔化物构成一个长形的浸渍段，其中，为了减小熔化物粘度被连续地输入机械能；和，这样被予热的纤维束被连续地拉过减小了熔化物粘度的区域。
2、按权利要求1所述的方法，其特征在于：
在浸渍段中，至少一部分热塑熔化物被强制地发生一个横向流动。
3、按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
为了施加机械能至少应用一个可运动的剪切元件。
4、按权利要求3所述的方法，其特征在于：
至少一个该剪切元件被从外部驱动。
5、按权利要求3所述的方法，其特征在于：
至少一个该剪切元件被其上导引通过的纤维束置于转动。
6、按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
该纤维束被输入到一个将至少一个剪切元件部分方式环绕的浸渍段中。
7、按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
该纤维束被围绕着两个剪切元件环绕导行。
8、按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
该纤维束的予热是通过在输入到浸渍工具内时的接触传热实现的。
9、用于实施前述权利要求之一所述方法的装置，其特征在于：
设有一个被加热的封闭的浸渍工具(1)，其具有至少一个用于要浸渍的纤维束(3)的输入管道(2)，还具有一个使该输入管道(2)与一出口(4)相连接的、并构成该长形的、浸渍段的、且至少基本上用热塑性熔化物填满的导引通道(5)，还具有至少一个通入这个导引通道(5)的用于热塑性熔化物的输入管道(11,11a)以及具有至少一个可运动的对导引通道(5)中的热塑性熔化物施加以机械能的剪切元件(6；7；8；10)。
10、按权利要求9所述的装置，其特征在于：
该剪切元件是可以自由转动的或者设有一个外部的转动驱动装置，并且该剪切元件被构造成圆形的，凸轮形的或构造为齿盘(6；7；8；10)或多个齿盘(7)。
11、按权利要求9或10所述的装置，其特征在于：
在导引通道(5)的内壁中设置了曲折结构(9)。
12、按权利要求9,10或11所述的装置，其特征在于：
该浸渍工具(1)具有不同定位的输入管道(2)。
13、按权利要求9至12之一所述的装置，其特征在于：
用于热塑性熔化物的输入管道(11,11a)的出口设置在一个可转动的剪切元件(7,10)的外圆周上。
14、按权利要求13所述的装置，其特征在于：
每个输入管道(11a)的流出口(12)被构造成隙缝式的并相对于从旁边导过的纤维束(3)的纤维方向垂直。
15、按权利要求14所述的装置，其特征在于：
该隙缝式的流出口(12)的长度大约与纤维束(3)的宽度相一致。
16、按权利要求14或15所述的装置，其特征在于：
该隙缝式流出口的宽度最大与该隙缝式流出口(12)的一半长度相一致。
17、按权利要求13,14,15或16所述的装置，其特征在于：
在一个构成该剪切元件的齿盘(7)中，一个轴向的输入管道(11)以星形方式通出。
18、按权利要求9至17之一所述的装置，其特征在于：
该可转动的剪切元件(7)与一个蜗杆挤压机(14)的蜗杆(15)处于转动连接。
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