專利名稱::用于增強玻璃紗的接頭系統(tǒng)的制作方法用于增強玻璃紗的接頭系統(tǒng)本發(fā)明涉及玻璃纖維的領(lǐng)域,更具體涉及用作熱塑性材料或熱固性材料,優(yōu)選是熱塑性材料基質(zhì)增強用的玻璃纖維的領(lǐng)域。更具體本發(fā)明涉及增強玻璃紗的應用,比如在連續(xù)制造復合材料零件時作為粗紗,即英語roving的應用。在下面的敘述中,對于紗、roving或粗紗,都沒有區(qū)別。復合材料一般含有被玻璃纖維增強的塑料基質(zhì),按照在復合材料中所研究的機械性能本質(zhì)的不同,特別是根據(jù)玻璃纖維被加入到基質(zhì)中的模式不同,已知其可呈現(xiàn)不同的形式。如此可區(qū)分出粗紗,也稱為直紗,即由一組未加捻的平行的單絲的組合體構(gòu)成。通過機械牽拉得到的玻璃單絲是沒有加捻的,而是平行連續(xù)形成或多或少寬而扁平的帶狀。在其制造的過程中,基礎(chǔ)紗要涂上油劑,油劑的主要作用是加強絲對磨耗的保護,保持單絲之間的結(jié)合,保證在浸漬后期基質(zhì)和增強材料之間的相容性和良好的結(jié)合。在制造之后,粗紗一般具有線團的形狀,可帶有管軸或者沒有管軸。在本發(fā)明的框架內(nèi),粗紗是從內(nèi)部抽出還是外部抽出可以是不加區(qū)別的。比如,其可呈內(nèi)抽出的線團形式或當進行外抽出的形式,則呈線圈的形式,而線圈狀更經(jīng)常是有管軸的。按照指定的方法,粗紗可被分成兩大類,即用于切碎的紗和用于巻繞的紗,前者即用于在以后的操作過程中,比如在制造預成形件、預浸氈、連續(xù)模塑等用噴射的方法被切斷,而后者在巻繞之后,不加切斷直接用于后面的制造復合材料制品(比如在才齊壓拉伸法中)或?qū)⒓喌南掠渭庸?比如用編織的方法,制造織物比如針織、編織或用切斷紗或連續(xù)紗制造氈)。在后一種應用中,特別可以舉出所謂"熱熔,,的方法,在該方法中,研究了比如為了得到長纖維顆粒而按照熱塑性擠壓拉伸類的方法,或者經(jīng)常被稱為D-LFT法的所謂直長纖維法,該方法無須使用半成品。此D-LFT直接法能夠通過注塑或壓塑而得到具有長纖維的復合材料。按照這些方法,直接將連續(xù)紗加入到能夠?qū)⑵淝袛嗖⒂脽崴苄圆牧辖n的擠塑機中。然后D-LFT方法包括將此得到的混合物進行注塑或壓塑的步驟,導致直接得到復合材料零件。為了對此方法及其使用進行更詳細的敘述,在參考資料《工程師技術(shù),被處理的材料和復合材料,A3720》或《復合材料技術(shù),M.Reyne編,Hermes,1998》中進行了報道。不受其限制,本發(fā)明特別可用于后面這些方法中。特別是將在說明書后面進行說明的,當使用這些方法時,本發(fā)明具有許多優(yōu)點。更具體說,按照本發(fā)明的方法,能夠在兩股玻璃紗之間,比如在兩巻粗紗之間得到連接,如此使從一巻粗紗過渡到另一巻粗紗而不使制造過程或者其介入的加工過程終止。為了獲得這樣的連接,有兩種方法是已知的,而且至今一直在使用。按照第一種方法,這是當前最常用的一種方法,兩巻玻璃纖維(織物、粗紗)之間的連4妻是通過氣動系統(tǒng)實現(xiàn)的。此系統(tǒng)更廣泛地用于紡織工業(yè)中,其名稱按照英語稱為airsplice(空氣捻接),這是在法國由比如Mesdan司工業(yè)化的一種方法。應該連4妄的兩巻的紗頭(mdches)都由多才艮單絲組成。在大約10cm的長度上,將兩根紗頭彼此相對放置,施加壓縮空氣使得兩根紗頭糾纏在一起,如此就得到一個接頭(hen)。按照第二種方法,在使用上述系統(tǒng)的第一步過程中,保證了此接頭。不同之處在于,然后進行此由糾纏紗頭組成的原始接頭與另一個材料,比如一根或多根織物紗,比如聚丙烯或聚酰胺紗的纏繞。進行的纏繞一方面能夠保護該接頭特別地不會磨耗,另一方面會實質(zhì)上增加其拉伸強度。在此兩種情況下,在通過單絲糾纏使兩根紗頭連接之后得到的機械強度,對于耐受在應該在張力下使用的,以及必須連續(xù)使一巻玻璃紗連到另一巻上不能停止的制造復合材料或加工纖維等不同方法中在玻璃紗上施加的外力還是不夠的。觀察到的缺點有三種a)對應力的耐受性太小,這就是說對于所研究的應用,拉伸斷裂應力值不足將在其間相連的兩根玻璃纖維紗頭的單絲"筒單地,,糾纏,所產(chǎn)生的抗拉強度低于玻璃纖維紗頭本身,即不用接頭的抗拉強度的40%。一般說來,已觀察到,得到的拉伸強度最經(jīng)常是纖維拉伸強度的30%。進行補充纏繞的第二種方法也不能改善抗拉強度足夠能用于前面所述方法的程度。因此,所測量的接頭處抗拉強度最好也只能達到初始紗拉伸強度的45%。另外,由氣動系統(tǒng)得到的接頭長度和單絲的糾纏越短,接頭的抗拉強度就越小,由此就引起很長的接頭。b)存在著很大的過粗部分通過糾纏得到接頭至少會導致接頭的粗細成為初始粗紗粗細的兩倍。實際上觀察到在體積上明顯增加,這是由于在壓縮空氣的作用下纖維發(fā)生了組織破壞。在對此玻璃纖維進行加工,在進4亍加工時必須<吏其經(jīng)過一|爻4亍程的方法中,比如在張力裝置的輥子之間或在模具中加工時,特別是在制造復合材料時,此過粗可導致接頭斷裂。在比如如上所述的熱熔法中,當用基質(zhì)浸漬的纖維接頭通過模具時,其模具的直徑最經(jīng)常接近玻璃纖維巻初始紗頭粗細的兩倍,這個問題就特別關(guān)鍵。c)在接頭的兩端有玻璃纖維的單絲存在這些自由的單絲會成為單絲損壞的根源,是當比如通過張力輥或在浸漬模具中的接頭斷裂的開端。另外,這些單絲隨后在浸漬模具中積累,成為對纖維進行磨耗的又一個原因,會局部改變?nèi)廴诓牧系恼扯?。按照第二種方法,在通過糾纏長絲得到的接頭的周圍進行纏繞,能夠限制在接頭末端存在的自由長絲。但是,此纏繞又重新增加了接頭在絞接處的粗細,完全不能使接頭得到規(guī)則的粗細,操作一般應該是手工進行的。按照本發(fā)明的第一方面,它涉及一種得到接頭的方法,該方法可用于整個的連續(xù)加工玻璃纖維的方法中,而不會碰到如上所述涉及到玻璃紗連接的問題,這就是說,滿足了由所述方法提出的全部機械、物理和化學的限制。在本發(fā)明最一般的形式中,它涉及在至少兩根玻璃紗的末端之間進行連接的方法,在該方法中,在由定徑裝置比如模具/對模組合確定了口徑的重疊區(qū),用含有熱塑性材料或熱固性材料的材料,或者用熱塑性材料和熱固性材料的混合物浸漬所述的末端,所述材料在如下的狀態(tài)下被引入定徑裝置中-在熔融狀態(tài)下,或者-在固態(tài)下,然后在重疊區(qū)所述材料和紗的末端受到至少部分,優(yōu)選完全使材料熔融裝置的作用。按照非限定的方式,所述熔融裝置包括激光加熱器、電加熱器、紅外加熱器和通常包括通過對流、傳導或輻射而加熱的各種裝置。按照一個優(yōu)選的模式,本發(fā)明涉及在至少兩根玻璃紗之間進行連接的方法,其中在重疊區(qū)內(nèi),在將要連接的兩根紗的末端上涂布由熱塑性材料或熱固性材料或者熱塑性材料和對超聲波敏感的熱固性材料的混合物組成的膠料,然后在重疊區(qū),讓所述膠料與紗的末端經(jīng)受在超聲波的范圍內(nèi)的機械振動,此超聲波的頻率、強度和作用時間使得膠料和紗的連4妄處至少部分熔融,優(yōu)選完全熔融。所謂"對超聲波敏感的"在本說明書中的意義上指的是,該材料本身吸收超聲波,或者含有至少一種吸收超聲波的組分,并且在該聲波的作用下被加熱到能夠使該熱塑性材料至少部分熔融。由包括加入附加材料和優(yōu)選使用超聲波熔接技術(shù)的方法得到的接頭系統(tǒng),按照本發(fā)明,能夠得到"復合材料"性質(zhì)的接頭,即具有如在下面所述非凡表現(xiàn)的機械特征和性能的復合材料接頭。復合材料接頭更具體指的是一種組合,其結(jié)構(gòu)是一種復合材料,這就是說,其特征在于保證所需機械性能的纖維/基質(zhì)的結(jié)合。如此制造出的接頭其長度可能很短,在接頭的末端不會產(chǎn)生自由的單絲,并且具有能夠在如上所述的方法中使其得到利用的機械特征和粗細。令人意外地觀察到,利用在玻璃單絲存在下,通過比如施加超聲振動而熔融的熱塑性基質(zhì),能夠在重疊區(qū)附近產(chǎn)生包括具有特別強度和非凡的增強機械性能的復合材料接頭。如此,本發(fā)明就能夠得到具有稍低但與初始的玻璃纖維相當?shù)目估瓘姸鹊倪B續(xù)的,即沒有接頭的紗。如此,當使用超聲振動時,在按照本發(fā)明的接頭(請見提供的實施例)中觀察到的抗拉強度值,高于或等于紗本身抗拉強度值的70%,更經(jīng)常高于或等于80%,更特別是與其接近,甚至于高于其85%。不依存于或者由任何一種理論來解釋,使用按照本發(fā)明接頭的連續(xù)紗,其非凡高的抗拉強度值,無論是否使用熔融的手段,都可以解釋為在制造紗時至少一種所涂敷油劑的組分和所用熱塑性材料之間有強的相互作用。按照一種可能的解釋,當形成此接頭時,熔融的熱塑性材料可能與一種或幾種已經(jīng)存在于纖維上的油劑組分,特別是油劑的粘結(jié)系統(tǒng),比如硅烷或其衍生物發(fā)生反應,如此就使得除了機械附著之外,還能夠在單絲之間產(chǎn)生化學性質(zhì)的連接,這就十分有助于增大在紗之間得到的最終接頭的機械性能。另外,該接頭被改善的機械性能,還使得能夠大幅度地縮短其長度,直至其長度達幾個厘米的數(shù)量級,比如l~5cm,甚至于大約一個厘米。此外,在其間由熱塑性材料連接玻璃纖維中單絲,使得避免了在接頭末端存在著自由單絲。為了保證不存在任何自由單絲,有利地在比如此連接的兩股紗頭重疊部分稍長的長度上放置熱塑性材料。按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施模式,為了得到接頭而使用超聲波熔接的技術(shù)還具有幾個優(yōu)點按照第一個優(yōu)點,在兩巻玻璃纖維之間復合材料接頭的力,還通過使用對該玻璃纖維進行的超聲波熔接技術(shù)而得到增強。另外,超聲波技術(shù)使熱塑性材料非常迅速地熔融,無論是對于形成接頭,還是對于人的因素,即操作者的安全,都沒有危險。按照能夠用來解釋,按照此模式得到的接頭具有更加改善的作用力的理論,同時使用超聲波和對超聲波激勵做出強烈反應的熱塑性材料,由于如下原因而提供更好的固定作用-構(gòu)成紗的單絲部分分散開,以及-還是在超聲振動的作用下,熔融的基質(zhì)一直滲透至紗的中心部位,包圍住部分分散開的單絲。使用在超聲波范圍內(nèi)的振動,不僅增大了接觸面,而且還增大了玻璃和熔融的熱塑性材料之間界面的大小。同時使用超聲波和熱塑性材料,有利于形成其機械性能得到改善的接頭。特別是本申請人進行的試驗和在下面的實施例中報道的試驗都證實,在此實施模式中,抗拉強度與初始玻璃纖維紗的抗拉強度是完全相當?shù)摹0凑粘暼劢蛹夹g(shù),在超聲波的頻率范圍內(nèi)的振動作用下,熱塑性材料至少部分熔融,優(yōu)選完全熔融,此頻率范圍一般為20100kHz,優(yōu)選為2040kHz,其振幅不大,并與使用的頻率相適應,以不使玻璃單絲破壞或開裂。根據(jù)使用的頻率不同,振動的振幅典型為0.1~lmm,優(yōu)選為0.1~0.5mm。超聲波處理時間當然要根據(jù)超聲波的頻率和振幅進行選擇,是在此條件下為了使熱塑性材料部分熔融,優(yōu)選完全熔融所必需的時間。對于工業(yè)上的應用,該時間一般為幾秒,優(yōu)選為大約l秒。通過超聲波技術(shù)進行熔接有利地使得能夠?qū)宇^進行定徑。為此,有利地使用能夠產(chǎn)生超聲頻率振動的裝置,這些裝置通常用來在材料之間形成接頭,比如由Rinco超聲司和Branson超聲7>司開發(fā)并商品化的裝置。該裝置已知包括通過壓電換能器產(chǎn)生振動的超聲觸頭。壓電換能器能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為超聲波范圍的機械振動。按照本發(fā)明使用的裝置,有利地由兩部分組成一個在實質(zhì)上中心位置具有確定半徑,實質(zhì)上半圓柱形的通道并經(jīng)過加工并定徑的支架,和一個也包括同樣是半圓柱形通道的上部。這兩部分安裝的方式,使得該支架和上部的組裝體形成一個圓柱形的細頸,其直徑實質(zhì)上等于最終得到的接頭的直徑。如此該裝置的支架和上部形成了一個能夠控制得到的接頭的形狀和勻稱性的定徑模具和對模。最后,該方法能夠得到盡可能小的規(guī)則的超粗,這有利地小于初始紗兩倍的粗細。該裝置的上部與壓電換能器相連接,能夠向纖維和待熔融的熱塑性材料部分施加上超聲波。使用的熱塑性材料要根據(jù)纖維的最終加工方法或復合材料的制造方法來選擇,比如要考慮到所述材料與在加工方法中使用的基質(zhì)的相容性。按照另一個實施例,在用于制造玻璃纖維增強熱塑性顆粒的所謂"熱熔"浸漬方法的框架內(nèi),用來制造該接頭的熱塑性材料要選擇得與在復合材料中使用的基質(zhì)具有很強的相容性,還具有比其稍高的熔點,比如高出至少5X:,優(yōu)選高出至少1(TC,使得當玻璃纖維被加工時,該接頭保持質(zhì)量和特征的平衡。按照本發(fā)明,作為接頭使用的熱塑性材料含有比如基于如下聚合物的基質(zhì),即聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。已知這些熱塑性材料比如根據(jù)其分子鏈的長度不同,對超聲波或多或少是敏感的。按照本發(fā)明,頻率和振幅的范圍要適合于所用的熱塑性材料。按照用超聲波熔接熱塑性材料的已知技術(shù),所述熱塑性材料的本身要適合于其作為接頭的用途。特別是所涉及的材料有利地要具有特別適合于迅速使用的的形式,即熔接時間要盡可能短。一般說來,熱塑性的膠料是平板狀的,其厚度和寬度都很小。比如,此膠料的長度為大約0.1cm3cm,更準確為0.5cmlcm。其寬度有利地要比待熔接的玻璃紗更長,使其更容易擺放。過多的部分則由在進行超聲波熔接時使用并為此而提供的模具和對模切下。膠料的厚度可從50jum到2mm,優(yōu)選為100/am至lmm。然這些實施例不應以任何方式看作對本發(fā)明的限制。實施例1:在此實施例中,按照本發(fā)明在兩巻粗紗形式的玻璃紗之間建立連接,此紗的直徑是17Mm,其細度為2400tex。使用如上所述的Rinco超聲公司的超聲振動裝置制造接頭。首先將兩巻紗的末端即紗頭重疊,重疊長度是lcm,使其與厚度100jum的由3M/厶司以商品名Thermo-bond薄膜845⑧商品化的含聚丙烯基質(zhì)的熱塑性材料相接觸。在此實施例中,在支架的半圓柱形通道中膠料的寬度固定在lcm,其長度為2cm。在將上部就位以后,使組合體經(jīng)受頻率3化Hz,振幅0.5mm的超聲波處理。處理時間為1秒。在處理以后,從模具/對模系統(tǒng)中取出均勻的接頭,其長度為lcm土2mm,其直徑實質(zhì)上等于甚至小于初始紗直徑的兩倍。在接頭的兩端,目視觀察不到自由玻璃單絲。為了按照ISO3341的方法測定拉伸斷裂應力,總共相繼進4于10次測試。實施例2(比較例)在此實施例中,使用與在實施例1中所述同樣的,但沒有4妄頭的粗紗。用與實施例1同樣的方法測定拉伸斷裂應力。實施例3(比較例)在此實施例中,使用如上所述在先有技術(shù)中敘述的"空氣捻接"技術(shù)在10cm的長度上連接兩股紗。用與在實施例1中所述同樣的方法測定拉伸斷裂應力。接頭的直徑是2.53mm,具有不規(guī)則的外觀,這是由于使用壓縮空氣的技術(shù)使紗的體積增大。實施例4(比較例)在此實施例中,按照同樣的操作程序,使用如上所述先有技術(shù)的"空氣捻接"技術(shù)連接與在實施例1中所述同樣性質(zhì)的兩股紗,然后用聚酰胺紗巻繞得到的接頭,以增大其抗拉強度。然后用與實施例l同樣的方法測定其拉伸斷裂應力。實施例5:在此實施例中,按照與在實施例1中所述同樣的條件,在兩巻粗紗型玻璃紗之間實現(xiàn)連接,只是這次在使用含有熱塑性材料和熱固性材料混合物的4妄頭,這是由3M/^司以商品名Scotchweld583⑧銷售的用來進行連接用的商品。熱塑性材料/熱固性材料膠料的厚度是0.15mm。實施例6:在此實施例中,在加熱下,向模具/對模裝置中送入熱塑性材料,使之與如上所述紗的末端接觸。借助于"熱熔"型放置系統(tǒng)(即能夠放置熔融的熱塑性材料的裝置)送入液體形式的該材料。使用的材料是由Nordson公司以商品名"分散膠-傳統(tǒng)熱熔膠,,商品化的材料。使用的熱塑性材料是呈粉末、顆粒或桿狀的商品化聚丙烯。表1給出了由如上所述6個實施例得到的不同紗的拉伸強度的試驗值表l對不同接頭測定的平均拉伸強度值<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>可以看到,按照本發(fā)明得到的連續(xù)紗具有極好的拉伸強度,得到的平均值比用"空氣捻接+纏繞"法得到的值高一倍,而無論是否用膠料浸漬該纖維。得到的結(jié)果表明,與沒有接頭的初始粗紗相比,按照本發(fā)明得到的接頭有非凡的抗拉強度。這樣的特征使得所述連續(xù)紗用于如上所述方法,一般在紗要經(jīng)受很強的拉力和/或通過定徑模具中的應用,而不用擔心提供按照本發(fā)明的接頭方法連接的粗紗會斷裂。此外,如此得到的接頭具有很短的長度,不會導致在粗紗之間接頭末端上存在有自由單絲而引起的問題。權(quán)利要求1.在至少兩根玻璃紗的末端之間進行連接的方法,在該方法中,在由定徑裝置比如模具/對模組合確定了口徑的重疊區(qū),用含有熱塑性材料或熱固性材料的材料,或者用熱塑性材料和熱固性材料的混合物浸漬所述的末端,所述材料在如下的狀態(tài)下被引入定徑裝置中-在熔融狀態(tài)下,或者-在固態(tài)下,然后在重疊區(qū)所述材料和紗的末端受到至少部分,優(yōu)選完全使該材料熔融裝置的作用。2.按照權(quán)利要求1的連接方法,其中重疊區(qū)的長度為l~5cm。3.按照上述各項權(quán)利要求中之一項的連接方法,其中在大于紗的重疊區(qū)的長度上放置該材料。4.按照上述各項權(quán)利要求中之一項的連接方法,其中在重疊區(qū)中,在待連接的紗的末端上放置由對超聲波敏感的熱塑性材料或熱固性材料或者熱塑性材料和熱固性材料混合物構(gòu)成,或者含有它們的膠料,然后在該重疊區(qū)內(nèi)使所述膠料和紗的末端經(jīng)受其頻率、振幅和作用時間在超聲范圍內(nèi)的機械振動,使得該膠料和紗的連接處至少部分熔融,優(yōu)選全部炫融。5.按照權(quán)利要求4的連接方法,其中振動的頻率為20~100kHz,優(yōu)選為20~40kHz。6.按照權(quán)利要求4或5中之一項的連接方法,其中振動的振幅為0.1~lmm,優(yōu)選為0.1~0.5mm。7.按照權(quán)利要求4~6中之一項的連接方法,其中作用時間為1~3秒,優(yōu)選為大約1秒。8.按照權(quán)利要求4-7中之一項的連接方法,其中通過使用包括由壓電換能器產(chǎn)生振動的超聲觸頭的裝置來得到機械振動。9.按照權(quán)利要求8的連接方法,其中該裝置包括優(yōu)選是圓柱狀的定徑穴,用來確定和包圍重疊區(qū),以在使用超聲觸頭之后控制其形狀和規(guī)則性。10.按照上述各項權(quán)利要求中之一項的連接方法,其中根據(jù)有關(guān)的紗的最后加工方法或從有關(guān)的紗制造復合材料的方法,特別是根據(jù)所述材料與在加工或制造方法中使用的基質(zhì)的相容性來選擇該熱塑性材料。11.按照前面各項權(quán)利要求中之一項的連接方法,其中該熱塑性材料包括基于如下聚合物的基質(zhì)聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。12.可由按照前面各項權(quán)利要求中之一項的方法得到的連續(xù)紗,該連續(xù)紗具有重疊區(qū),在該區(qū)內(nèi)兩根基礎(chǔ)紗的末端借助于在構(gòu)成所述紗的單絲之間存在的熱塑性材料、熱固性材料或熱塑性材料與熱固性材料的混合物而連一妻起來。13.按照權(quán)利要求12的連續(xù)紗在所述紗要受到強的拉伸應力和/或要通過定徑模的方法中的應用,比如制造含長纖維顆粒的熱塑性擠壓拉伸法或?qū)⑺鲩L纖維直接注塑或壓塑而直接得到復合材料制品的方法或者表面織物比如針織、編織或制造具有切斷紗或連續(xù)紗的氈墊的方法。全文摘要本發(fā)明涉及在至少兩根玻璃紗的末端之間進行連接的方法,在該方法中,在由定徑裝置比如模具/對模組合確定了口徑的重疊區(qū),用含有熱塑性材料或熱固性材料的材料,或者用熱塑性材料和熱固性材料的混合物浸漬所述的末端,所述材料在如下的狀態(tài)下被引入定徑裝置中一在熔融狀態(tài)下,或者在固態(tài)下,然后在重疊區(qū)所述材料和紗的末端受到至少部分,優(yōu)選完全使該材料熔融裝置的作用。本發(fā)明還涉及能夠用該方法得到的連續(xù)紗和這種紗在其受到強的拉伸應力和/或要通過定徑模的方法中的應用。文檔編號C03C27/10GK101119940SQ200680004882公開日2008年2月6日申請日期2006年2月14日優(yōu)先權(quán)日2005年2月15日發(fā)明者Y·巴諾德申請人:法國圣戈班韋特羅特斯有限公司