用于液体和固体粒子的纤维基载体结构的制作方法
【专利说明】用于液体和固体粒子的纤维基载体结构
[0001] 本发明涉及一种纤维基载体结构，其由成比例的工业生产的增强纤维材料构成， 包含随机排列的有限纤维作为第一增强纤维组分，并且包含有限纤维束作为第二增强纤维 组分，其中纤维基载体结构还具有孔系统。 现有技术
[0002] WO 2012/072405A1描述了一种具有单向纱条的纤维预制品，该预制品由两个彼此 不同的区域组成。该已知的纤维预制品因此具有各向异性结构。第一区域中设置具有树脂 组合物的增强纤维束，而第二区域包含单向取向的增强纱股以及类似的树脂组合物。该文 献的目的是提供一种使得能够适应部件中的局部应力的纤维预制品。
[0003] WO 2010/139077A1描述了一种生产复合材料的方法，该材料具有在开始时提及的 属型特征。其包含：芯层，所述芯层含有至少20体积％的孔隙且由用随机取向纤维增强的 热塑性塑料制成；以及由连续的、平行的单向增强纤维制成的增强条，其被压入到芯层一侧 或双侧的表面中。通过热塑性粘结剂将外层的增强纤维热融合到芯层上。不清楚如何有目 的地调节芯层中的孔隙率，或者究竟是否可以从外部进入所述孔隙。在芯层和外层之间存 在高的产品各向异性。被压入到芯层表面中的增强纤维条以互相平行的方式取向。该文献 涉及生产具有高强度和刚度的复合材料，其具有好的消音性。孔隙对液体或固体粒子的吸 收不具有重要性，也就是说未实现浸透性。
[0004] DE 102007012608A1涉及一种依照力通量生产纤维复合结构用预制品的方法，其 中将通过铺展纤维束获得的扁平纤维带放置在预定的位置，然后通过粘结剂材料进行固 定。由于在该情况下期望依据负载布置纤维带，由此获得高的产品各向异性。没有使用单 纤维和纤维束的限定混合物。
[0005] DE 102008026161A1描述了一种生产纤维复合部件的方法，其中使用连续增强纤 维，在成形喷嘴紧邻区将所述连续增强纤维与基质材料合并从而形成浸渍纤维材料。该文 献还涉及根据负载布置增强纤维，其导致使用纤维取向方面高各向异性的连续增强纤维。
[0006] 在常规纺织工业在无纺布或无纺布类填料领域中生产纤维层时，目标一直是可能 的话使用的有限纤维材料的100%的完全分离率。任何仍然存在的残余纤维束，在化学纤 维的情况下也被称作短束，被定义为缺陷且可能的话不应该出现。因此，依据当前的现有技 术，无纺布是指其特征在于它们由可仅通过统计学方法描述其位置的纤维构成。通过纤维 材料（例如化学纤维情况下的聚合物）、粘结方法、纤维的类型（短纤维或连续纤维）、纤维 细度以及纤维的取向来区分无纺布。因此纤维能够在优选的方向中铺设或者完全随机地取 向，和在随机层无纺布或随机无纺布的情况中一样。具有限定比例的纤维束和单纤维作为 物质用载体结构的无纺布及其应用在纤维复合材料领域中迄今是未知的。在此载体结构的 范围可以为从松散纤维填料到加固的2D和3D结构，例如无纺布为2D的。
[0007] 取决于纤维材料、纤维形状（厚度、长度）、纤维材料混合物以及生产或加固，能够 被机械、热或化学粘结的无纺布具有显而易见的粘结液体或粉末形式的固体粒子的性能。 在液体的情况下，比吸收容量是指，在无纺布向其内层吸收或多或少的大量液体时显露比 吸收容量，所述液体在大多数情况下是用于在一次性含义内的清洁和吸收领域中的应用的 水性低粘度体系。在没有附加手段的情况下，粘性液体或熔体仅能够在无纺布的表面被吸 收。随着液体粘度的增加，变得越来越难以将其输送到无纺布层的芯中。在此通过长的浸 渍时间以及如通过真空或通过压力注入对无纺布进行附加的复杂抽吸来提供辅助，但效果 有限。
[0008] 将粉末或微细粒子形式的固体粒子引入到常规的单纤维无纺布中是同样成问题 的。在多数情况下，它们保留在无纺布的表面且仅穿透到接近表面的层中。当使用单纤维 时，孔隙的窄孔系统防止更深地穿透到无纺布的芯中。常规无纺布保持粒子的高容量被用 于在粉尘或浮质过滤中获利，但在应用的其它领域中，例如在纤维增强的塑料材料的生产 中是极其受限的，在所述塑料材料的生产中，随后必须将粘性液体或粉末形式的固化基质 材料尽可能均匀地引入到增强纤维无纺布、松散填料或垫中。
[0009] 在纤维增强的塑料材料的领域中，粉末粘结剂物质以及高粘性液态粘结剂必须均 匀地穿透尽可能厚的增强纤维层，以便获得在随后的纤维复合材料的产品横截面上均匀的 纤维含量。在该情况下，通过偶尔使用100%短纤维束的垫来提供辅助。尽管这些已知的短 粗纱垫，例如基于玻璃纤维的短粗纱垫，具有高粘性液体和粘结粉末的良好穿透性，但是在 库存形成的含义内，它们不能以粘结方式大量地吸收和保持这种粘结剂物质。
[0010] 发明目的
[0011] 本发明的目的是限定一种具有在开始时提及的特征的纤维基载体结构，其例如由 随机排列/取向的有限纤维材料的松散纤维填料生产，当所述结构以垫状方式或三维方式 成形为增强纤维预制品时，具有与粘性液体和粉末的高且可控的浸渍性，同时能够在内部 以均匀分布的方式保持大量的这些物质。
[0012] 通过具有独立权利要求所限定特征的在开始时提及的属型纤维基载体结构实现 了该目的。
[0013] 本发明提供一种用于生产纤维增强的复合材料的纤维基载体结构，通过使用有限 的随机排列的纤维束和有限的随机排列的单纤维的限定混合物，所述结构特别适于吸收液 体、熔体和/或固体粒子，其中可通过纤维束对单纤维的混合比来调节液体以及粘性和/或 固体粉状物质的浸渍性和吸收容量。纤维载体结构在长度、宽度和厚度方面具有均匀的结 构，且突出之处在于能够可从外面开放进入的开胞孔系统。
[0014] 根据本发明的纤维载体结构不由至少两种不同组成和取向的产品区组成，如在 W02012/072405A1中所述的，或者不由具有完全不同结构的连续纤维的芯层和覆盖层组成， 如在W02010/139077中所述的。
[0015] 本发明中的有限纤维束优选产自初始连续但被削减至有限长度的增强纤维束片 或复丝纱片，其中单纤维在其至少50%的长度上通过非天然的粘结方法以机械可拆开的方 式平行地彼此粘附。然而，如果以本发明含义内的纤维束形式获得纤维束，则它们也可以是 来自再循环工序的纤维材料。
[0016] 使用该定义，将天然纤维如亚麻、大麻、未处理的棉和洋麻的已知纤维束排除。
[0017] 平行地且以机械可拆开方式彼此粘附的纤维束中的这些长纤维与文献中所述的 纤维束本质上不同，例如在仅在<< 50 %纤维长度的短长度上由单个分离的纤维形成的无 纺布的啮合或缝合的情况中的纤维束，例如当在啮合钩或缝合情况中的倒刺钩中将随机纤 维结合在一起时的纤维束。与本申请中描述的有限纤维束相比，文献中描述的纤维束仅通 过外部压力或粘结点局部固定在一起。它们仅在纺织加工期间形成，且在特定文献中也被 称为机械加固点，而所述发明中的纤维束已经存在于原材料即纤维材料中，且不在加工操 作期间有意地形成。
[0018] 采用的混合物中使用的单纤维可由与使用的纤维束相同或不同的聚合物组成。该 特定的载体结构由两种纤维体系即纤维束和单纤维形成，具有限定的均匀度或不同的厚度 和/或单位面积质量，将该特定的载体结构以机械、热和/或化学方式稳定化且以如下方式 进行固定：至少10%且不超过90%的所得加固纤维载体由具有最少10根彼此平行粘附的 单纤维的纤维束构成，且形成可在整个结构上开放进入的开胞孔系统。该孔系统包括多个 相互连接的孔隙，其通过输送通道互相连接以便能够将施加的粉末和/或液体从外部输送 到孔隙中。