[发明专利]用于伸展纤维束以供预浸料的连续生产的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及均匀伸展连续复丝纤维束及单向平行布置以连续生产具有减小的间隙及改进的纤维-树脂分布的预浸料。更明确地说，本发明涉及对整个设备采用张力控制及在从动辊的表面圆周速度与纤维束的线速度(或移动速度)之间采用较高差速的设备，以及使用其来获得用于制造具有均匀厚度及极少外观缺陷的纤维增强塑料制品的预浸料材料的方法。

背景技术

所属领域众所周知增强纤维经基质树脂浸渍的预浸料，且其被广泛用于比如飞机及汽车材料、医用材料、及供运动及休闲用的成形材料(例如钓杆、高尔夫球杆、羽毛球拍、网球拍等)等多种工业/高性能领域。

生产具有较小厚度不规则性的较均匀的预浸料为优选的且对于总体产品质量至关重要。为实现此目的，必需于形成预浸料时，在用基质树脂浸渍增强纤维束之前展开(即伸展)增强纤维束，以减小增强纤维束的厚度及使基质树脂充分填充增强纤维束的单根纤维之间的空隙。

因此，有效并适当展开或伸展未加工的增强纤维束的技术对于生产具有均匀厚度、减小的纤维间的间隙及适当纤维-树脂分布的预浸料至关重要。所属领域已知用于伸展纤维束及/或制造预浸料的不同设备及方法，且包括例如美国专利第4,495,017号、第5,042,122号、第5,182,839号及第6,743,392号中所描述的设备及方法。

另外，一般已知张力是用于伸展含复丝的纤维束的原动力。因此，较高的张力通常引起束中纤维的较宽伸展。然而，张力过高会因纤维相对于树脂的渗透率减小、纤维拧成绳状及纤维的损坏(由此导致起毛)或纤维的断裂而使浸渍变得困难。张力增加也增加整个设备中的力及转矩，而导致工艺成本增加。

因此，需要进一步改进用于伸展具有复丝的多股相邻纤维束以连续生产预浸料的设备及方法。均匀伸展连续复丝纤维束及单向平行布置所述伸展纤维以连续生产具有经减小的间隙及经改进的纤维-树脂分布的预浸料的设备及方法将是所属领域中一个有用的进步且可在工业中快速地被接受。

发明内容

现已发现连续复丝纤维束可于较低张力下均匀地伸展，由此增加对树脂的渗透性，减小间隙而防止拧成绳状(roping)，并减少因损坏而导致的起毛，从而提供优异的预浸料产品且最终提供由其制造的优异的制造物品。这些改进是通过针对整个伸展设备策略性地采用张力控制来实现。此进展驱使纤维束的张力达到极高，然后使其降低，以致通过在整个设备中采用中等张力，增加纤维伸展，无需采用另外认为是实现所述目标所需的极高张力。另外，也已显示在从动辊棒与移动纤维束之间采用较高差速可改进纤维伸展力学。

因此，在一方面中，本发明提供一种用于生产伸展纤维束的设备，所述设备具有张力控制模块，所述模块包括配置成一系列静态棒的张力增大单元及配置成一系列从动辊的张力减小单元，其中所述静态棒及从动辊配置成垂直于直接缠绕接触这些系列的静态棒及从动辊的表面的移动纤维束的方向，且其中所述从动辊的圆周表面速度是以所述移动纤维束的线速度的至少3倍操作。

在另一方面中，本发明提供用于生产伸展纤维束的方法，所述方法采用本文所述设备，通过使纤维束以直接缠绕接触一系列静态棒及/或从动辊的表面的方式移动，并通过以相对于所述移动纤维束的速度的较高差速操作所述从动辊来控制通过所述设备的所述纤维的张力，由此伸展所述纤维束。

本文中详细描述的本发明也涉及预浸料的生产。因此，在另一方面中，本发明提供用于连续生产经单向布置且具有纤维间均匀分布的轧制预浸料的方法，所述方法是通过集成本文中所述设备作为复合加工机器的一部分，使多股相邻纤维束以直接缠绕接触一系列静态棒及/或从动辊的表面的方式移动，通过以相对于移动纤维束的速度的较高差速操作所述从动辊来伸展这些多股相邻纤维束，并用预定量的树脂浸渍所述伸展纤维束来进行。

在其它方面中，本发明提供通过使预定量的树脂浸入根据本文中详细描述的方法制得的伸展纤维束中来生产预浸料的方法。

在另一方面中，本发明提供根据本文中详细描述的方法制得的预浸料，以及由根据所述方法制得的预浸料制造的制造物品。

在另一方面中，本发明提供一种具有两个或两个以上根据本文中详细描述的本发明的纤维伸展装置的复合加工系统，其中每一伸展装置位于不同路径中且接收不同组的多股相邻纤维束。

从结合附图及实例的本发明不同方面的以下详细描述将了解本发明的这些及其它目的、特征及优点。

附图说明

图1提供根据本发明一个实施例的设备的侧视图，其中可见具有复丝的单一纤维束，其直接缠绕接触一系列静态棒及从动辊的表面，以提供具最佳张力且经均匀分布的伸展纤维。