制造形式為利用聚合物浸漬的纖維帶的纖維復合材料的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造纖維復合材料的裝置（1），所述纖維復合材料的形式為利用聚合物浸漬的纖維帶（2），該裝置具有用于輸送纖維帶坯件（4）并且用于沿加工路徑（5）運輸纖維帶（2、4）的運輸裝置（3）。預加熱裝置（9）用于將纖維帶坯件預加熱到一高于聚合物熔點的加工溫度。涂覆裝置（12）用于在纖維帶坯件（4）的整個寬度上將熔化的聚合物涂覆到纖維帶坯件（4）的表面上。至少一個壓力-剪力-振動加載裝置（18、19）用于在涂覆聚合物之后垂直于帶平面將壓力施加在纖維帶坯件（4）上，其中，在壓力沖頭（20）通過在帶平面中并且橫向于帶行進方向的振動-運動分量（y）同時進行剪力-振動加載時，利用至少一個壓力沖頭（20）施加壓力。至少一個控溫裝置用于直到壓力-剪力-振動加載結束之后一直將纖維帶坯件（4）保持在加工溫度范圍內，該加工溫度范圍高于聚合物熔點。由此實現了用于以盡可能低的制造費用在預定的浸漬質量下浸漬纖維帶的制造方法以及制造裝置。
【專利說明】制造形式為利用聚合物浸漬的纖維帶的纖維復合材料的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及制造形式為利用聚合物浸潰的纖維帶的纖維復合材料的方法和裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]用于加工或制造纖維帶的方法和裝置由以下文獻已知:JP2688845B2、JP03146777A、JP03251408A、W02009/074490AU US2005/0221085A1, JP2007-076224A、JP2008-246782A、US3,422，796A、US4,059，068A、EP0397506A2、US5,798，068A、US4, 588，538A、US3, 873，389A、US3, 993，726A、DE2507675A1、US4, 300，878A 以及US7, 571，524B2。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是，對開頭所述類型的方法或裝置這樣加以改進，從而以盡可能低的制造費用在預定的浸潰質量的情況下浸潰纖維帶。
[0004]該目的根據本發(fā)明通過具有權利要求1中所給出的特征的方法和具有權利要求7中所給出的特征的裝置來實現。
[0005]根據本發(fā)明公開了:利用設置在后面的壓力-剪力-振動加載的熔體涂覆物——如果纖維帶坯件的溫度高于聚合物熔點——實現聚合物熔體有效地結合到纖維帶坯件的整個纖維體積結構中。通過壓力-剪力-振動加載將還處于纖維帶坯件內部的氣體體積高效地排出。該方法可被連續(xù)地實施。該方法的產品可以是經浸潰的連續(xù)纖維帶?？蓪⑦B續(xù)纖維帶坯件用作初始產品。將纖維帶坯件保持在高于聚合物熔點的溫度上確保了:聚合物不會不期望地在完全滲透和分布之前在纖維帶坯件內部凝固在其上。這樣地將溫度保持在聚合物熔點之上的措施可以在壓力-剪力-振動加載結束之后、甚至在靜止間隔中仍繼續(xù)采取。在實施給定的方法步驟之后可按規(guī)定的方式冷卻所制成的、經浸潰的纖維帶。纖維帶可以具有多個連續(xù)纖維。替代地或附加地可能的是:將如下的織物帶用作纖維帶:其中單纖維沿不同于縱向方向的方向定向。也可以將其它的帶形纖維結構——例如由無紡布組成——或者紡織品結構用作纖維帶?；趬毫?剪力-振動加載可以在纖維帶的良好的聚合物滲透性的情況下、亦即在良好的浸潰的情況下實現纖維的較小的損壞甚至沒有損壞。
[0006]根據權利要求2所述的力加載能夠實現構成纖維帶坯件的粗紗的期望的“開松”。在通過上漿劑彼此附著的粗紗內的長絲或單纖維在此彼此脫開，使得聚合物熔體能在這些單纖維之間滲透。力加載可以在粗紗被聚集成纖維帶坯件之后進行。
[0007]根據權利要求3所述的纖維帶坯件提供特別適合于制造連續(xù)纖維帶。
[0008]根據權利要求4所述的涂覆避免了高成本地向外密封處于壓力下的涂覆空間。令人驚奇地證明了，根據本發(fā)明的壓力-剪力-振動加載能在正常環(huán)境壓力下實現聚合物涂覆。
[0009]根據權利要求5所述地多次進行壓力-剪力-振動加載提高了制造方法的效率。不同的壓力-剪力-振動加載裝置的橫向-運動分量可以同步反向地、也就是說以反向脈沖/推挽(Gegentakt)方式被控制。在相繼進行的壓力-剪力-振動加載之間可以有針對性地分別設置一靜止間隔，其中纖維帶坯件在預定的時間段內不被加載壓力振動和/或剪力振動。
[0010]根據權利要求6所述的從兩側進行的壓力-剪力-振動加載可以通過在加工路徑中相繼布置的壓力加載裝置進行?；蛘咭部梢詮膬蓚韧瑫r進行壓力-剪力-振動加載。從兩側進行的壓力-剪力-振動加載也能以橫向-運動分量的同步反向地、也就是說以被控制的反向脈沖的方式進行。
[0011]根據權利要求7所述的裝置的優(yōu)點相應于那些上述的參考根據本發(fā)明的方法已經說明過的優(yōu)點。為了抽取粗紗，可以使用具有筒管的筒管架，在這些筒管上纏繞了相應的粗紗。制造裝置可以具有用于將粗紗聚集成纖維帶坯件的聚集裝置。沿加工路徑可以有針對性地設置用于使纖維帶坯件轉向的轉向元件。轉向元件可以被加熱。制造裝置可以具有在壓力-剪力-振動加載和必要時還跟隨在后的靜止間隔結束之后的冷卻裝置。冷卻裝置可以設計為輥對并且可以具有額外的冷卻板。在壓力-剪力-振動加載中可以集成有用于將纖維帶坯件保持在一高于聚合物熔點的溫度的控溫裝置。這種控溫裝置例如可以耦合在反壓體上。壓力-剪力-振動加載的頻率可以處于IHz到40Hz的范圍中。剪力-振動加載的振幅可以處于0.1mm到5mm的范圍中。壓力-剪力-振動加載的壓力可以處于0.0lMPa到2MPa的范圍中。
[0012]根據權利要求8所述的剪力-加載裝置能實現纖維帶坯件的高效“開松”。剪力-加載裝置可以具有多個相繼布置在纖維帶坯件的加工路徑中的輥，通過這些輥以之字形的方式導引纖維帶坯件。剪力-加載裝置也可以布置在形成纖維帶坯件的粗紗被聚集之后。在剪力-加載裝置中剪力通常以橫向于纖維帶的帶平面的力分量起作用。該作用方向與在壓力-剪力-振動加載中的主要作用方向不同，其中主要在帶平面中實現剪力。
[0013]根據權利要求9所述的寬口噴嘴能實現聚合物熔體在纖維帶坯件上的高效涂覆。寬口噴嘴可以布置在用于使聚合物熔化的擠出裝置的輸出端上。可以設置兩個彼此在帶平面的兩側上相對設置的寬口噴嘴，通過這些寬口噴嘴從兩側將聚合物熔體涂覆到纖維帶坯件上。
[0014]根據權利要求10所述的壓力-剪力-振動沖頭實現了聚合物熔體向纖維帶坯件中的高效結合。壓力沖頭的廓形可以對稱地設計，使得進入部段和離開部段具有相同的廓形。或者壓力沖頭具有不對稱的廓形也是可能的。
[0015]根據權利要求12所述的壓力-剪力-振動沖頭同時具有反壓體的功能。
[0016]根據權利要求13所述的反壓體同時實現了高于聚合物熔點的、期望的纖維帶坯件溫度控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面根據附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。圖中示出:
[0018]圖1示出用于制造形式為利用聚合物浸潰的纖維帶的纖維復合材料的裝置的側視圖；
[0019]圖2示出根據圖1的裝置的透視剖面圖，其中可更清楚地看出纖維帶的引導的細節(jié);
[0020]圖3示出圖1的在制造裝置的兩個前后布置的振動-壓力加載裝置的區(qū)域中的局部放大圖；
[0021]圖4示出壓力-剪力-振動加載裝置的透視細節(jié)圖；
[0022]圖5示出壓力-剪力-振動加載裝置的側視圖；
[0023]圖6示意性地且局部地以與圖5對應的側視圖示出用于壓力-剪力-振動加載裝置的壓力-剪力-振動沖頭的替代廓形；
[0024]圖7以另一個透視圖示出壓力-剪力-振動加載裝置之一的細節(jié)圖；和
[0025]圖8透視地示出壓力-剪力-振動加載裝置的一個變體的在兩個相對設置的壓力-剪力-振動沖頭的區(qū)域中的細節(jié)。
【具體實施方式】
[0026]裝置I用于制造形式為利用聚合物浸潰的纖維帶2的纖維復合材料，該纖維帶也被稱為帶條。
[0027]制造裝置I具有運輸裝置3，其用于將纖維帶坯件4輸送到制造裝置I的加工部件并且用于沿加工路徑5運輸纖維帶4、2、也就是說首先運輸纖維帶坯件4而隨后運輸制成的、經浸潰的纖維帶2。如果還未實現最終加工狀態(tài)、也就是說帶條(纖維帶2)，則在下文中使用術語“纖維帶坯件”4 (纖維帶4)。纖維帶2、4沿加工路徑5的、通過運輸裝置3預定的運輸速度處于2.5m/min至25m/min的范圍中，特別是處于7.5m/min至25m/min的范圍中。纖維帶4、2沿加工路徑5的輸送方向在圖1中通過多個箭頭表明。
[0028]纖維帶坯件4沿y方向的寬度在幾毫米到300mm的范圍中。另外，纖維帶坯件4沿y方向的更大的寬度也是可能的。纖維帶坯件4沿z方向的厚度為大約0.5mm。玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺、玄武巖、聚酯或天然纖維可以用作纖維帶坯件4的纖維材料。
[0029]加工路徑5開始于示意性示出的筒管架6的圖1中未示出的筒管。從那里借助于運輸裝置3拉出在筒管架6的多個粗紗筒管上提供的粗紗7或者說纖維紗線并且以未示出的方式使它們聚集成纖維帶坯件4。粗紗7是無捻的連續(xù)的復絲。在筒管架6的筒管上分別卷繞有幾千克的粗紗7。筒管架6的筒管被以固定的張力抽拉。粗紗7以無扭轉的方式被輸送給聚集裝置。當被聚集時粗紗7被彼此并置成纖維帶坯件4。纖維帶坯件4在其寬度上——也就是說在y方向上——在預定的公差范圍內具有恒定的纖維密度。
[0030]纖維帶坯件4的粗紗7被利用上漿劑、即所謂的漿液處理。在粗紗被聚集成纖維帶坯件4之后，該纖維帶坯件4經過在圖1中同樣被示意性地示出的開松裝置8。開松裝置8是一種剪力-加載裝置。在那里，纖維帶坯件4首先被有針對性地加載具有垂直于帶平面的力分量的剪力S，用以使各個粗紗7內的單絲彼此脫開。開松裝置8可以如圖1中所表明地那樣在粗紗被聚集之后布置在加工路徑5中，但也可以替代地布置在粗紗被聚集之前。
[0031]為了說明位置關系，下面使用坐標形式的xyz坐標系。X方向在圖1中向左延伸。y方向在圖1中垂直于繪圖平面延伸并且從其中向外伸出。z方向在圖1中向上延伸。
[0032]開松裝置8可以通過多個前后布置的輥實現，這些輥沿y方向——也就是說橫向于帶行進方向X地——延伸并且它們被纖維帶坯件4曲折地或之字形地圍繞。
[0033]從粗紗被聚集起在這個加工階段中也被稱為干燥的纖維帶的纖維帶坯件4首先被平行于X方向輸送。纖維帶坯件4的帶平面平行于xy平面延伸。
[0034]在開松裝置8之后并且在粗紗被聚集成纖維帶坯件4之后，其被平行于X方向地導引經過接觸-預加熱裝置9。該接觸-預加熱裝置具有接觸體10 (參見圖3)，該接觸體通過具有加熱元件11的加熱單元被加熱到理論預加熱溫度。該加熱元件11設計為多個在加工路徑5中前后橫向于加工路徑延伸的加熱棒的形式，它們共同形成接觸體10。纖維帶坯件4沿接觸體10與其熱傳遞地、機械地接觸。理論預加熱溫度選擇成，使纖維帶坯件4通過與接觸體10的接觸被預加熱到一高于浸潰聚合物熔點的加工溫度。
[0035]在纖維帶坯件4的與接觸-預加熱裝置9的接觸體10相對設置的一側上布置有涂覆裝置12。涂覆裝置12用于將以熔體體積13保持的聚合物在纖維帶坯件4的整個y寬度上涂覆在纖維帶坯件4的表面13a上。
[0036]可以將熱塑性塑料用作浸潰聚合物。其例子包括:PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯)、其它聚烯烴以及這些聚烯烴的共混物、SAN (苯乙烯/丙烯腈)、PA (聚酰胺)、例如PA6、PA6.6、PA6.6T、PA12、PA6.10、ASA (丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯)、PC (聚碳酸酯)、PBT (聚對苯二甲酸丁二醇酯)、PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PPS (聚苯硫醚)、PSU (聚砜)、PES (聚醚砜)、PEEK (聚醚醚酮)或共混聚合物，例如PC/PBT。也可以將熱固塑料用作浸潰聚合物，其可以作為在B階段/工段(乙階段酚醛樹脂)中的熔體被涂覆。
[0037]涂覆裝置12具有寬口噴嘴14。該寬口噴嘴通過噴嘴通道15與熔體體積13流體連接。熔體體積13是制造裝置I的擠出裝置16的排出體積。由于通過接觸-預加熱裝置9對纖維帶坯件4的預加熱以及由于通過額外的控溫裝置對纖維帶4、2的進一步加熱，在纖維帶坯件4上涂覆的浸潰聚合物在加工路徑5的繼續(xù)行進期間直至被布置在運輸裝置前方的冷卻裝置17為止一直被保持在高于浸潰聚合物的熔點的加工溫度。
[0038]在涂覆了浸潰聚合物之后，纖維帶坯件4也被稱為經涂覆的纖維帶或經聚合物涂覆的纖維帶4a。
[0039]寬口噴嘴14在根據圖1的布置結構中被布置在纖維帶坯件4的上方，而接觸體10被布置在纖維帶坯件4的下方。
[0040]通過寬口噴嘴14將聚合物熔體涂覆到纖維帶坯件4上的過程在聚合物不過剩的情況下進行，因此聚合物熔體在纖維帶坯件4的整個表面上——也就是說特別是在纖維帶坯件4的整個y寬度上——的分布在預定的公差內是均勻的。
[0041]在熔化的浸潰聚合物在纖維帶坯件4上的涂覆位置的周圍環(huán)境中存在正常壓力。一旦浸潰聚合物離開寬口噴嘴14，則浸潰聚合物也就不再處于過壓下。
[0042]在纖維帶坯件4的后續(xù)的加工路徑5中與涂覆裝置12前后地布置有兩個壓力-剪力-振動加載裝置18、19。這兩個壓力-剪力-振動加載裝置18、19——從它們的空間位置上看——構造相同，因此在下面僅需對第一壓力-剪力-振動加載裝置18進行詳細描述就足夠了。
[0043]圖5示出壓力-剪力-振動加載裝置18的主要組件。其具有壓力-剪力-振動沖頭20。該振動沖頭用于垂直于其帶平面地對經聚合物涂覆的纖維帶坯件4施加壓力(壓力FD)。壓力-剪力-振動沖頭20近似沿正的z方向施加壓力。與壓力加載同時地進行壓力-剪力-振動沖頭20的剪力-振動加載，該剪力-振動具有沿y方向的振動運動分量、也就是說在帶平面中并且橫向于帶行進方向(X方向)的振動運動分量。[0044]可以將偏心機構、擺升機構/曲線機構(Pendelhub-Mechanik)、氣動缸、液壓缸、電磁激勵器或壓電激勵器用作沿y方向的振動的振動驅動裝置。
[0045]在通過壓力-剪力-振動加載裝置18進行加工時，在壓力沖頭20和反壓體21之間導引纖維帶坯件4。反壓體21借助于一在圖5中示出的控溫裝置22又被加熱到一理論溫度，使得纖維帶坯件4在它與反壓體21接觸的位置被保持在一高于浸潰聚合物熔點的加工溫度上。纖維帶坯件4特別是直到在壓力-剪力-振動加載結束后一直被保持在該高于浸潰聚合物熔點的加工溫度或加工溫度范圍上。
[0046]壓力-剪力-振動沖頭20具有沖頭頭部23，該沖頭頭部在壓力-剪力-振動加載過程中與纖維帶還件4接觸。沖頭頭部23也被稱為沖頭靴(Stempelschuh)。沖頭頭部23的接觸面具有特定廓形并且沿加工路徑5具有進入部段24、壓力-剪力-振動加載部段25和離開部段26。進入部段24構造為斜面，從而在沖頭頭部23和纖維帶坯件4之間的間距在沿加工路徑5的輸送方向上連續(xù)減小。壓力-剪力-振動加載部段25設計為平坦的并且平行于反壓體21的同樣設計為平坦的接觸面27延伸。離開部段26同樣構造為斜面并且這樣構造，從而在沖頭頭部23和纖維帶坯件4之間的間距在沿加工路徑5的輸送方向上連續(xù)增大。總體上，沖頭頭部23設計為鼓凸形的。
[0047]借助于壓力-剪力-振動沖頭20的壓力-剪力-振動加載在纖維帶坯件4的整個寬度上進行并且橫向于帶行進方向進行。
[0048]壓力-剪力-振動加載裝置18的壓力Fd通過氣動缸形式的壓力源29的壓力活塞28產生。被沖頭頭部23施加到纖維帶坯件上的壓力處于0.0lMPa到2MPa的范圍中。
[0049]沖頭頭部23沿+/-y方向的振動以一在IHz至40kHz的范圍中的、可預定的頻率進行。沖頭頭部23沿y方向的振幅為5mm (+/-2.5mm)。在示出的實施方式中，振幅為5mm,振動頻率為5Hz。
[0050]沖頭頭部23在壓力-剪力-振動加載裝置18的支撐體30上通過兩個沿z方向延伸的引導桿31可動地導引。
[0051]沖頭頭部23的振動加載可以借助于壓電驅動裝置進行，該壓電驅動裝置被安置在接合體32上，沖頭頭部23通過燕尾形導向件33與該接合體機械連接。
[0052]在兩個壓力-剪力-振動加載裝置18之間通過轉向邊使纖維帶坯件4轉向，該轉向邊要么由壓力-剪力-振動加載裝置18的反壓體21形成，要么由圖3中示意性示出的轉向元件34形成。轉向元件34可以設計為經過加熱的心軸(Dorn)。沿經聚合物涂覆的纖維帶坯件4的加工路徑5可以設置多個這種轉向元件34。
[0053]兩個壓力-剪力-振動加載裝置18、19的壓力-剪力-振動沖頭20相互間相對于纖維帶坯件4的帶平面沿加工路徑5這樣設置:使得在涂覆浸潰聚合物之后對沿加工路徑5輸送的纖維帶坯件4部段的壓力-剪力-振動加載由纖維帶坯件4的兩側通過這兩個壓力-剪力-振動加載裝置18、19的兩個壓力-剪力-振動沖頭20進行。
[0054]在壓力-剪力-振動加載的一個替代設計方案中也可以設置在加工路徑5中依次布置在纖維帶坯件4的相同側上的壓力-剪力-振動沖頭20。這種設計方式在圖3中以虛線示出。
[0055]在壓力-剪力-振動加載結束之后，纖維帶坯件4也被稱為經浸潰的纖維帶4b。
[0056]冷卻裝置17具有兩個相對運轉的冷卻標定棍(Kuehl-Kalibrier-Rollen) 35,經浸潰的纖維帶在這兩個冷卻標定輥之間穿過。在經過輥35之后，由經浸潰的纖維帶坯件4獲得制成的浸潰纖維帶2。由于纖維帶2被冷卻到聚合物熔點之下的溫度，纖維帶2被固化、也就是說被加固。
[0057]通過這兩個冷卻標定輥35可以在具有或不具有寬度界限的情況下、也就是說在具有或不具有沿y方向的側面界限的情況下導引纖維帶2。在兩個輥35之后，冷卻裝置17還可以具有冷卻板，該冷卻板未在附圖中示出并且纖維帶2借助于該冷卻板無壓力地經歷進一步的冷卻。
[0058]纖維帶2在冷卻裝置17之后經過運輸裝置3的兩個以相反轉動方向運動的連續(xù)傳送帶36。在經過運輸裝置3之后，經浸潰的纖維帶2通過在圖2中示意性示出的輥37卷起。
[0059]在制造利用浸潰聚合物浸潰的纖維帶2時，首先提供在筒管架6上的各自具有粗紗的筒管。在抽出粗紗之后將粗紗聚集成纖維帶坯件4并且利用開松裝置8使之開松。所述開松使得浸潰聚合物能滲透到各單纖維之間，而不會受到由于漿液粘住的粗紗區(qū)域的妨礙。纖維帶坯件4隨后被利用接觸-預加熱裝置9首先預加熱到高于浸潰聚合物熔點的加工溫度。隨后，利用涂覆裝置12將熔化的浸潰聚合物在纖維帶坯件4的整個寬度上涂覆在其表面13a上。在這種涂覆進行的同時，纖維帶坯件在正常環(huán)境壓力下沿加工路徑5被運輸裝置3輸送。所涂覆的、液態(tài)的浸潰聚合物此時一直滲透到纖維帶坯件4中直到在纖維帶坯件4中包含的空氣使進一步的和完全的滲透變得更困難為止。隨后，通過圖1中的壓力-剪力-振動加載裝置18從下方并且在此之后利用圖1中的壓力-剪力-振動加載裝置19從上方以垂直于帶平面的方式利用壓力沖頭20對纖維帶坯件4加載壓力并且同時進行壓力-剪力-振動沖頭20的剪力-振動加載。該振動加載的振動運動分量沿y方向、也就是說在xy帶平面中橫向于帶行進方向延伸。在振動加載時，在相應的壓力沖頭20和相應的反壓件21之間導引纖維帶坯件4。在剪力-振動加載期間，控溫裝置22將反壓體21保持在加工溫度上并且通過與該反壓體的機械熱接觸將纖維帶坯件4保持在加工溫度上，直到壓力-剪力-振動加載結束之后。
[0060]纖維帶坯件4的溫度不會超過380°C。在特定的、特別是耐熱的材料的情況下也可以使用更高的加熱溫度，例如400°C。纖維帶坯件4的更高的加熱溫度也是可能的。
[0061]在壓力-剪力-振動加載中橫向于纖維帶坯件4的纖維的聚合物熔體剪力改善了單纖維在壓力-剪力-振動加載的作用路段上的浸潤。該作用路段相應于壓力-剪力-振動加載部段25的延展(尺寸)并且在根據圖5的實施方式中處于IOmm到50mm的范圍中。
[0062]通過壓力-剪力-振動加載高效地對纖維帶坯件4排氣，因此液態(tài)的浸潰聚合物實際上能滲透到纖維帶坯件4的粗紗的單纖維之間的所有間隙中。纖維帶坯件4被以這種方式完全并且均勻地且實際上不含殘留氣穴地浸潰。相應地，經浸潰的纖維帶2內的孔隙度、也就是說剩余空氣體積相對于纖維帶體積較小。該孔隙度可以具有0Vol% (體積百分t匕)到10Vol%的范圍中的值、特別是0Vol%到5vol%的范圍中的值。
[0063]在浸潰后，纖維帶2內的纖維含量為35Vol%至65Vol%。
[0064]壓力-剪力-振動加載的頻率、振幅和壓力是與相應待加工的材料組合相協調的參數。在此有影響的包括:纖維帶坯件4的纖維材料、纖維帶坯件4的厚度和寬度、單纖維的直徑、浸潰聚合物的材料和纖維帶坯件4的單位面積的浸潰聚合物的涂覆量。原則上有影響的還包括組成纖維帶坯件4的粗紗或精紡紗/細紗/短纖紗的性質。
[0065]通過從纖維帶坯件4的兩側利用兩個壓力沖頭進行的壓力-剪力-振動加載，使浸潰聚合物有效地滲透到纖維帶坯件4的內部、也就是說滲透到在纖維帶坯件4的體積中延伸的各個纖維之間。
[0066]在多次相繼的可能的壓力-剪力-振動加載之間，纖維帶坯件4沿加工路徑5在沒有壓力加載的情況下運行，這也被稱為“靜止間隔”。在該靜止間隔中，給予聚合物熔體均勻地分布在纖維帶坯件4的纖維之間的機會。
[0067]聚合物熔體粘度、也就是說熔體流動指數(MFI)處于10g/min到150g/min的范圍中，特別是處于30g/min到50g/min的范圍中。小于10g/min的MFI值也是可能的。可以處理MFI值在20g/min到75g/min的范圍中的以及MFI值在5g/min到25g/min的范圍中的聚合物熔體、也就是說相對來講粘性較高的聚合物熔體。
[0068]當聚合物熔體與纖維帶坯件在寬口噴嘴14的出口處相遇時，纖維溫度與熔體溫度之差處于-20K到+50K的范圍中。原則上，使該差的絕對值保持盡可能小。
[0069]圖6示出用于壓力-剪力-振動加載裝置18和19的壓力沖頭20的沖頭頭部23的廓形的變體。與在上文中已參考壓力-剪力-振動加載裝置18、19進行說明的部件相對應的各部件具有相同的附圖標記并且不再詳細描述。
[0070]與根據圖1至5的壓力沖頭23的不對稱的廓形不同，替代的壓力沖頭23的廓形是關于一平行于yz平面的對稱平面SE鏡像對稱的。進入部段24與離開部段26相應地相同地構造和成型。替代的壓力沖頭23的壓力-剪力-振動加載部段38是平坦的并且平行于反壓體21的對應面，其中，壓力-剪力-振動加載部段38的X向延展(尺寸)大于根據圖1至5的實施方式的壓力-剪力-振動加載部段25的X向延展(尺寸)。
[0071]圖8示出一可 代替壓力-剪力-振動加載裝置18、19使用的壓力-剪力-振動加載裝置39的替代變型方案。在兩個相對設置的壓力-剪力-振動沖頭40、41的區(qū)域中示出了壓力-剪力-振動加載裝置39，其中，該圖示是局部的并且是透視的。壓力-剪力-振動沖頭40、41具有兩個鼓凸形的沖頭頭部42、43。纖維帶坯件4在這兩個鼓凸形的沖頭頭部42、43之間穿過。纖維帶坯件4的位于這兩個沖頭頭部42、43之間的部段從兩側受到相對設直的壓力_到力-振動沖頭40、41的壓力_到力-振動加載。在此，沖頭頭部42將壓力FDl沿負的z方向施加到纖維帶坯件4上，而沖頭頭部43將壓力FD2沿正的z方向施加到纖維帶坯件上。沖頭頭部43形成用于沖頭頭部42的反壓體，而沖頭頭部42形成用于沖頭頭部43的反壓體。每個沖頭頭部42、43向纖維帶坯件4施加一在0.005MPa到IMPa的范圍內的絕對壓力。
[0072]壓力-剪力-振動加載裝置39設計成:使得壓力-剪力-振動沖頭40、41的沖頭頭部42、43的橫向運動分量同步反向地在壓力-剪力-振動加載中作用到纖維帶坯件4上。這兩個沖頭頭部42、43也就以反向脈沖方式工作，這一點通過圖8中的沿γ方向延伸的方向fti頭44表明。如果沖頭頭部42在振動時沿負的γ方向移動，則相對設直的沖頭頭部43沿正的y方向移動，反之亦然。
[0073]壓力-剪力-振動沖頭20的橫向運動分量(+/_y)的相應的同步的反向作用也可以在壓力沖頭20的布置結構中直接相繼地提供，這在圖3中以虛線表明。
[0074]沖頭頭部42、43中的至少一個配備有按照用于反壓體21的控溫裝置22的類型的控溫裝置45，因此纖維帶坯件4在壓力-剪力-振動加載中利用壓力-剪力-振動加載裝置39保持到高于浸潰聚合物熔點的加工溫度。
【權利要求】
1.一種用于制造纖維復合材料的方法，所述纖維復合材料的形式為利用聚合物浸潰的纖維帶(2)，所述方法具有以下步驟: -提供纖維帶坯件(4)并且沿加工路徑(5)輸送纖維帶坯件(4)， -將纖維帶坯件(4)預加熱到一高于聚合物熔點的加工溫度， -在纖維帶坯件(4)的整個寬度上將熔化的聚合物涂覆到纖維帶坯件(4)的表面上， -在涂覆聚合物之后垂直于帶平面地對纖維帶坯件(4)施加壓力，其中，利用至少一個壓力沖頭(20)在壓力沖頭(20)的剪力-振動加載的同時施加壓力，該剪力振動加載具有在帶平面中并且橫向于帶行進方向的振動-運動分量(y)， -至少是直到壓力-剪力-振動加載結束之后為止一直將纖維帶坯件(4)保持在加工溫度范圍內，該加工溫度范圍高于聚合物熔點。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所提供的纖維帶坯件(4)由多個聚集的粗紗(7)制成，其中，首先為了使各粗紗(7)內的單絲彼此脫開而對利用上漿劑處理過的纖維帶坯件(4)有針對性地加載一剪力，該剪力具有垂直于帶平面的力分量。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括以下用于提供纖維帶坯件(4)的步驟: -在多個粗紗筒管上提供多個粗紗(7)， -從粗紗筒管中抽取粗紗(7)并且使粗紗(7)聚集成纖維帶坯件(4)。
4.根據權利要求1至 3中任一項所述的方法，其特征在于，在正常環(huán)境壓力下輸送纖維帶坯件(4 )的同時向纖維帶坯件(4 )上涂覆聚合物。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在涂覆聚合物之后沿加工路徑(5)多次相繼地對纖維帶坯件(4)的一部段進行壓力-剪力-振動加載。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在涂覆聚合物之后從帶平面的兩側對纖維帶坯件(4)的一部段進行壓力-剪力-振動加載。
7.一種用于制造纖維復合材料的裝置(1)，所述纖維復合材料的形式為利用聚合物浸潰的纖維帶(2)，所述裝置具有: -運輸裝置(3 )，該運輸裝置用于輸送纖維帶坯件(4 )并且用于沿加工路徑(5 )運輸纖維帶(2、4)； -預加熱裝置(9)，該預加熱裝置用于將纖維帶坯件(4)預加熱到一高于聚合物熔點的加工溫度； -涂覆裝置(12)，該涂覆裝置用于在纖維帶坯件(4)的整個寬度上將熔化的聚合物涂覆到纖維帶坯件(4)的表面上； -至少一個壓力-剪力-振動加載裝置(18、19 ;39)，所述至少一個壓力-剪力-振動加載裝置具有至少一個壓力沖頭(20 ;40、41)，所述至少一個壓力-剪力-振動加載裝置用于在涂覆聚合物之后利用壓力沖頭(20 ;40、41)在壓力沖頭(20)的剪力-振動加載的同時以垂直于帶平面的方式對纖維帶坯件(4)施加壓力，該剪力振動加載具有在帶平面中并且橫向于帶行進方向的振動-運動分量(y)，其中，纖維帶坯件(4)在壓力沖頭(20 ;40、41)和反壓體(21 ;43、42)之間被導引， -至少一個控溫裝置(22、34 ;45)，該至少一個控溫裝置用于直到壓力-剪力-振動加載結束之后為止一直將纖維帶坯件(4)保持在加工溫度范圍內，該加工溫度范圍高于聚合物熔點。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于在加工路徑中布置在涂覆裝置(12)上游的剪力-加載裝置(8)，該剪力-加載裝置設計成:特別是在形成纖維帶坯件(4)的粗紗(7)被聚集成纖維帶坯件(4)之前，首先為了使各粗紗(7)內的單絲彼此脫開而對利用上漿劑處理過的纖維帶坯件(4)有針對性地加載一剪力(S)，該剪力具有垂直于帶平面(xy)的力分量。
9.根據權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述涂覆裝置(12)具有寬口噴嘴(14)。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的裝置，其特征在于，壓力-剪力-振動沖頭(20 ;40、41)具有沖頭頭部(23 ;42、43)，所述沖頭頭部包括進入部段(24)、壓力-剪力-振動加載部段(25 ；38)和離開部段(26)。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的裝置，其特征在于多個沿加工路徑(5)相繼布置的壓力-剪力-振動沖頭(20)。
12.根據權利要求7至11中任一項所述的裝置，其特征在于相對設置的壓力-剪力-振動沖頭(40、41 )，其中，在涂覆聚合物之后從兩側通過兩個相對設置的壓力-剪力-振動沖頭(40、41)對纖維帶坯件(4)的一部段進行壓力-剪力-振動加載。
13.根據權利要求7至12中任一項所述的裝置，其特征在于，反壓體(21;43、42)與控溫裝置(22)相耦合。
【文檔編號】B29B15/12GK103429409SQ201280012839
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月7日 優(yōu)先權日:2011年3月11日
【發(fā)明者】H·伯格爾 申請人:熱塑性復合材料有限公司