[发明专利]粘合型无纬结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用纱线制造粘合型/增强型(verfestigt)无纬结构的方 法，以及用该类型的无纬结构制造纤维加强的复合材料的方法。

背景技术

一方面使用织物平面结构例如纺织织物或纱布(Gelege)来制造纤维 加强的复合材料，另一方面也使用直接铺设(gelegt)的结构(以下简称无 纬结构(laid structure))来制造纤维加强的复合材料。通常，织物平面 结构易于操作，但是它们不太适合用于制造具有复杂的和/或三维形式的纤 维加强的复合材料。为此目的推荐使用无纬结构。例如，在DE20120447 中，在无纬结构中加入纱线，之后铺撒粉末形式的热熔材料，然后加热并 粘合。按照这种方式生产出预成型物，如果需要，该预成型物可以与其它 预成型物一起被进一步加工成复合材料。由于唯一可以制造的结构是那些 其中纱线在被铺设后保持在预定的位置并且不会滑落或滑落在一起的结 构，因为在使用这种方法时纱线在粘合过程中仅仅可以被有限程度地保持， 因此该方法仅仅在有限的程度上适用于复杂的和/或三维结构。

WO2005/095080A1中公开了制造预成型物的另一方法，其中首先用热 熔材料浸渍加强纱线。随后该纱线被放置在无纬结构中并被加热从而使得 纱线彼此结合以便形成粘合型无纬结构。假设在纱线的铺设过程中——这 些纱线也是以铺开的形式例如扁平带状被使用——用于浸渍的热熔材料能 至少表面熔化并且因此在铺设时相邻的或交叉的纱线可以通过被熔化的材 料的粘合而结合在一起，根据这种方法可以生产复杂的和/或三维结构。但 是，所述整个过程十分耗时。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用纱线制造粘合型无纬结构的方法， 通过该无纬结构可以在较短的时间内直接生产复杂的和/或三维结构。另 外，本发明的目的是提供一种使用根据本发明制造的粘合型无纬结构来制 造纤维加强的复合材料的方法。

该目的通过用纱线制造粘合型无纬结构的方法这样来实现，即通过热 喷射方法将热熔材料至少在纱线的接触或交叉位置上施加到纱线上，然后 当通过热喷射方法施加的热熔材料仍处塑性或熔融状态时，纱线被保持在 一起。

术语“热喷射方法”在DIN657：2005中被定义。该标准中总结了各 种喷射方法，根据喷射添加剂的类型、生产和/或能量源将这些方法分类。 在这些热喷射方法中，特别优选熔化热熔材料并优选以高速将该材料尽可 能以小液滴的形式喷射到铺设体和/或纱线上的方法。铺设体或者是接近最 终轮廓的形式或者是已经铺设在这种接近最终轮廓的形式上的层。

通过这些热喷射方法，可以将可精确计量的塑性的优选仍熔融的热熔 材料的量施加到纱线上。在这一点上，使用根据本发明的方法可以控制塑 性的优选仍然熔融的热熔材料的施加量，使得一方面确保相邻纱线之间的 良好的粘合，另一方面减少了用于粘合塑性的优选仍然熔融的热熔材料所 需的冷却阶段。

在根据本发明的方法中经证明特别(有利)的是，通过热喷射以粉末 的形式施加热熔材料，其中粉末是热熔材料。用这种方法，在非常短的时 间内提供所需的熔融的热熔材料的量，以便使得一根纱线与另一根纱线在 它们的接触和/或交叉部位彼此粘合。

当使用等离子体束作为能量源时，该方法被证明是特别(有利)的。

为了制造根据本发明的无纬结构，应使用这种与用于制造纤维加强的 复合材料需使用的材料具有良好粘合性的材料作为热熔材料。合适的材料 实际上包括所有用作复合材料的基质并可热熔的材料。特别地，这些材料 包括脂族聚酰胺、芳族聚酰胺、热塑性聚酰亚胺、聚亚芳基醚砜，聚亚芳 基醚酮，聚苯硫醚、聚苯并咪唑、液晶聚合物和具有热塑性的热固性塑料。 对于热喷射，优选使用与随后用作复合材料的基材的那些聚合物相似特别 是相同的聚合物。但在各无纬层之间也可以施加可实现特别的功能例如防 止在失效时破损蔓延的层。实践中所有适合于制造纤维加强的复合材料的 纱线都可以用作所述纱线。玻璃纤维、石英纤维、芳族聚酰胺纤维、碳化 硅纤维或碳纤维最合适。

特别有利地，根据本发明的方法的优点在于，在铺设过程中纱线在其 整个长度上通过热喷射被涂覆热熔材料。

如果使用已经以热熔材料涂覆的纱线也是有利的。特别地，可以使用 已经以热熔材料浸渍的纱线。在WO2005/095080A1中描述的被浸渍的纱 线最适合用于此。