[发明专利]制备半成品薄片的设备和方法

说明书

本发明涉及一种半连续制备用连续纤维单向增强的薄片子部分制成的半成品薄片的装置和方法，以及制备该半成品薄片的方法，其中最终半成品薄片中的纤维以与最终半成品薄片的最长轴成角度x(15)地排列，所述角度x(15)不等于0°，最大至包括90°。

本发明涉及用于半连续制备由单向连续纤维增强的片材切片构成的半成品片材的设备和方法，还涉及制备该半成品片材的方法，其中纤维是嵌入聚碳酸酯基体中的，且在最终半成品片材中与最终半成品片材的最长轴线成大小为非0°至包括90°在内的角度x排列。

该最终半成品片材在下文中也被称为“x°带材(x°-tape)”。

其中纤维在半成品片材中与半成品片材的最长轴线成角度x为0°排列的带材在下文中简称为“0°带材”。这些0°带材的一种用途是作为用于制备x°带材的前体。

术语“带材”用于既指0°带材也指x°带材。带材的长边彼此平行。

在本发明上下文中，半连续制备应理解为是指包括连续进行或实施的方法步骤和不连续进行或实施的方法步骤的制备方法。

在本发明的设备上根据本发明制备的x°带材特别具有的特征在于，纤维并非如0°带材的情况那样沿着与带材的最长轴线成0°的方向而布置，而是与前进方向成角度x排列，其中角度x非0°。带材的最长轴线也称为运行方向(running direction)。“连续纤维增强”应理解为是指增强纤维的长度基本等于待增强的带材在纤维方向上的尺寸。与“纤维”相关的“单向”应理解为是指带材中的纤维仅在一个方向上排列。

纤维增强材料因其突出的特定性能，其使用在近几十年已经稳步增加。纤维增强材料用于特别是进行加速的结构中，以便能够减轻重量并因此使能量消耗最小化而不会发生材料强度或刚度的减小。

纤维增强材料，也称为纤维复合材料或简称为复合材料，是由基体材料组成的至少双相的材料，在所述基体材料中纤维基本完全嵌入并被包封。基体具有赋予形状的功能，旨在保护纤维免受外部影响，并且是在纤维之间传递力和引入外部载荷所必需的。纤维对材料的机械性能起决定性作用，其中在工业上通常使用玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、玄武岩纤维或天然纤维。根据预期用途，所使用的基体材料通常是热固性或热塑性聚合物，有时甚至是弹性体。

热固性聚合物早已在许多行业中确立。然而，一个决定性的缺点是固化时间长，导致在得到组件的加工期间循环时间相应地过长。这使得基于热固性塑料的复合材料特别对大体积的工业应用而言是没有吸引力的。相比之下，只要基于热塑性塑料的复合材料是完全固结的半成品产品的形式，例如作为连续纤维增强片材或型材形式，那么在进行其他处理时通常仅仅加热、塑造和冷却即可，目前这在1分钟以内的循环时间内就可实现。所述处理也可以与其他方法步骤结合，例如用热塑性塑料嵌入成型，这使得可以达到非常高度的自动化和功能集成。

所使用的增强材料基本是半成品纺织产品，例如编织物、多层无纬物(multi-plylaid)或无纺布(例如毡、无定向的纤维垫(random-laid fibre mat)等)。这些形式的纤维增强材料的一个特征在于，在半成品纺织产品中纤维的取向——以及因而在随后部件中的力作用轨迹——已确定。虽然这确实允许直接制备多向增强的复合材料，但其在层结构柔韧性、机械性能和经济性方面具有缺点。在基于热塑性塑料的体系中，通常将这些半成品纺织产品在压力和温度作用下用聚合物浸渍，然后切割成尺寸并作为固化的片材进行进一步处理。

除了这些已经建立的基于半成品纺织品的体系外，基于热塑性塑料的带材正在变得越来越重要。它们因为可以省略半成品纺织品产品制备的方法步骤而具有经济优势。这些基于热塑性塑料的带材适合用于制备多层结构，特别也用于制备多向结构。

在WO 2012 123 302 A1中记载了用于制备用单向排列的连续纤维增强的基于热塑性塑料的半成品片材的方法和设备，其公开内容通过引用的方式全部并入本发明的说明书中。所公开的方法/所公开的设备提供了这样的纤维增强半成品片材：在所述纤维增强半成品片材中连续纤维沿着与供应片材的延伸方向成0°的方向排列。