[发明专利]用于从纤维复合材料生产扁平半成品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于从纤维复合材料生产扁平半成品的方法，纤维复合材料包含纤维和至少一种热塑性基体材料，其中，纤维被从包括纤维的废物或使用过的部件分离，接着纤维在梳理操作中与热塑性纤维混合并且被以薄片形式铺开，因而产生纤维网，所述纤维网在热的影响下被挤压以在至少一个后续步骤中形成片材。

背景技术

碳纤维被用作纤维增强材料以用于与热塑性材料或热固性塑料粘结的纤维复合材料（FRP）。为达到最大化增强效果，这主要以连续碳纤维材料诸如长丝纱线、复丝纱线或所谓的粗纱形式已经事先完成。然而，用作具有在20mm到80mm范围内的有限纤维长度的短纤维（cut fiber）的碳纤维，例如，诸如从传统纺织加工领域已知的那些碳纤维，在市场上是不能得到的，尽管所述短纤维能够被加工而极少有问题。

现在，碳纤维已经多年以增长趋势被用作高性能纤维增强材料。主要的应用是例如航空、造船、汽车工程以及风力发电厂。由于越来越大量的应用，所以包括碳纤维的大量生产废物伴随磨坏的使用过的部件的体积而增加。因为碳纤维的复杂的生产工艺，所以碳纤维是非常昂贵的。价格根据具体的等级在大致和大致之间变化。因此由于科技原因以及关于环境政策的原因而期望的是创造加工废物和使用过的材料的可能性并且将包括在这样的废物中的碳纤维成分投入新的应用，在所述新的应用中，所述碳纤维成分可以至少部分地替代昂贵的初始碳纤维。

尽管在工业上已经尝试通过将废料切碎和/或碾磨以再利用包括碳纤维的生产废物并且例如将所述生产废物用作在塑料或建筑材料中的增强材料，但是迄今为止这样的废料中只有非常小的一部分已经被收集并最终上市。迄今为止没有发展用于包括碳纤维的大量废物的高质量的回收，所以包括碳纤维的大量废物被作为垃圾处理。

在现有技术中，初始的碳纤维通常生产自适合的有机前驱纤维，诸如聚丙烯腈（PAN），或通过热解控制实现的粘胶纤维，或生产自沥青，由此在该情况下沥青纤维是首先通过熔融纺丝生产并且随后被氧化和碳化的。对应的方法例如可从EP1696057A1知道，在EP1696057A1中，生产自沥青的原始纤维被加工成短纤维垫，在所述短纤维垫中纤维具有在优选的方向上的定向。所述已知的方法除了别的之外，包括平行对准纤维的精梳工艺。然而，最终纱线是生产自碳纤维网并且因而是线性产品。

在原理方面从现有技术中已知的是扁平加固的半成品能够由包括有限长度的增强纤维和热塑性基体纤维的混合薄片生产。DE10151761A1描述这样一种方法，在所述方法中首先生产热塑性基体纤维和天然纤维的梳理薄片并且接着使其穿过存储器、引导器，并且最后穿过铺设单元。在加热区域中加热并且加固之后，扁平的半成品被获得。该文献还提到碳纤维可以被用作增强纤维而代替天然纤维。

WO94/09972A2描述用于生产带有定向的间断的增强纤维的复合材料的方法，在所述方法中，首先通过梳理热塑性纤维和增强纤维的混合物而生产纤维网，随后从所述纤维网生产纤维薄片。接着将多个纤维薄片熔合在一起以生产连续的热塑性相，所述热塑性相随后包围间断的增强纤维。该文献还提到使用碳纤维作为增强纤维，但是这些是来自初始生产的传统碳纤维。

DE10 2008 002846A1描述一种废物加工方法，在所述方法中，纤维半成品或纤维增强的半成品被回收。被粘合在基体材料中的纤维被从基体材料分离并且因此得到的自由纤维其后立即用粘合剂润湿。然而，纤维从半成品的分离在熔炉中，即通过热解进行。尽管该文献不包括关于所述纤维的进一步加工的任何信息，但是该方法的最终产品是润湿纤维的纤维束。

DE19845863描述包括碳纤维增强塑料的单向粗纱的结构元件，每个所述结构元件均被嵌入在护套中。利用被设置用于航空的这些结构元件而达到极大的单向刚度。然而，在此使用的是带有连续纤维的粗纱。该文献不包括关于从纤维基废料或使用过的部件的回收来使用纤维的任何参考。

DE19739486A1描述一种用于生产被限定在引言中的普通类型的纤维增强复合材料的扁平半成品的方法，在所述方法中，所回收的热塑性材料，即来自地毯生产的纤维废物与来自汽车顶衬的生产的废料混合并且随后在梳理机中被梳理。所述热塑性纤维可以由聚丙烯、聚乙烯、尼龙或PET组成。这些纤维在进一步加工之前被切成达到大致50mm长的条。来自顶衬的生产的所述废料被具有针状上升的辊切碎并且分成条。两种类型的废物纤维材料被混合并且在梳理机上梳理。该文献不包括关于已经采取的实现纤维的目标定向的措施的效果的任何进一步的陈述。另外，该文献也不包括关于来自废物的碳纤维的使用的任何建议。