用热塑性聚合物浸渍的纤维质材料的制造方法与流程

文档序号:20785688发布日期:2020-05-19 21:40阅读:来源:国知局

技术特征:

1.用于制造经浸渍的纤维质材料的方法,所述经浸渍的纤维质材料包括由连续纤维制成的纤维质材料和至少一种热塑性聚合物基质,特征在于所述经浸渍的纤维质基质是作为单个单向条带或多个单向平行条带产生的,并且特征在于所述方法包括将所述纤维质材料在其为一根粗纱或者多根平行粗纱的形式时用所述热塑性材料预浸渍的步骤和至少一个加热所述热塑性基质以使预浸渍之后的热塑性聚合物熔融或者保持熔融状态的步骤,

所述至少一个加热步骤是通过至少一个热传导支持部件(e)和除了加热的压延机之外的至少一个加热系统进行的,

在所述加热系统的水平处所述一根或多根粗纱与所述至少一个支持部件(e)的表面的部分或全部接触并且部分地或者完全地在所述至少一个支持部件(e)的表面上面通过,

排除任何利用故意带电的静电方法,

并且所述经预浸渍的纤维质材料中的孔隙率水平小于10%、特别是小于5%、特别地小于2%。

2.根据权利要求1的方法,特征在于所述经预浸渍的纤维质材料不是柔性的。

3.根据权利要求1或2的方法,特征在于所述预浸渍步骤是用选自流化床、喷枪和熔融路线的系统、特别是以高的速度进行的,特别地所述预浸渍在流化床中进行。

4.根据权利要求3的方法,特征在于在所述系统上游存在一个或多个支持体(e”)。

5.根据权利要求1-4之一的方法,特征在于进行预浸渍步骤和加热步骤,所述加热步骤紧跟在所述预浸渍步骤之后。

6.根据权利要求1-5之一的方法,特征在于所述至少一个加热系统选自红外灯泡、uv灯泡和对流加热。

7.根据权利要求1-6之一的方法,特征在于所述至少一个支持部件(e)为具有凸面的、凹面的或圆柱形形状、优选地圆柱形形状的压辊r’i。

8.根据权利要求7的方法,特征在于所述至少一个支持部件(e)由1-15个圆柱形压辊(r’1-r’15)、优选地3-15个压辊(r’3-r’15)、特别是6-10个压辊(r’6-r’10)构成。

9.根据权利要求7或8之一的方法,特征在于所述一根或多根粗纱与第一压辊r’1以及所述辊r’1的水平切线形成0.1-89°、特别是5-75°、特别是10-45°的角度α’1,所述一根或多根粗纱在与所述压辊接触时展开。

10.根据权利要求7的方法,特征在于在所述第一压辊r'1之后存在第二辊r'2,所述一根或多根粗纱与所述第二压辊r’2以及所述辊r’2的水平切线形成0-180°、特别是5-75°、特别是10-45°的角度α’2,所述一根或多根粗纱在与所述压辊接触时展开。

11.根据权利要求8的方法,特征在于在所述第二辊r’2之后存在至少一个第三辊r'3,所述一根或多根粗纱与所述第三压辊r’3以及所述压辊r’3的水平切线形成0-180°、特别是5-75°、特别是10-45°的角度α’3,所述一根或多根粗纱在与所述第三压辊r’3接触时展开。

12.根据权利要求8的方法,特征在于存在6-10个辊并且其处于相同的水平。

13.根据权利要求1-12之一的方法,特征在于相对于在第一压辊r'1的入口处的所述一根或多根粗纱,在最后的压辊r'i的出口处的铺展百分比为约0-300%、特别是0-50%。

14.根据权利要求1-13之一的方法,特征在于所述热塑性聚合物为非反应性的热塑性聚合物。

15.根据权利要求1-13之一的方法,特征在于所述热塑性聚合物为如下的反应性预聚物:基于所述预聚物的链末端,其能够与它自身或者与另外的预聚物反应,或者与另外的扩链剂反应,所述反应性聚合物任选地在所述加热步骤期间聚合。

16.根据权利要求1-15之一的方法,特征在于所述至少一种热塑性聚合物选自:聚芳基醚酮(paek),特别是聚醚醚酮(peek);聚芳基醚酮酮(paekk),特别是聚醚酮酮(pekk);芳族聚醚酰亚胺(pei);聚芳基砜,特别是聚亚苯基砜(ppsu);聚芳基硫醚,特别是聚亚苯基硫醚(pps);聚酰胺(pa),特别是任选地通过脲单元改性的半芳族聚酰胺(聚苯二甲酰胺类);peba、聚丙烯酸酯类特别是聚甲基丙烯酸甲酯(pmma);聚烯烃特别是聚丙烯、聚乳酸(pla)、聚乙烯醇(pva)、和氟化聚合物特别是聚偏氟乙烯(pvdf)或聚四氟乙烯(ptfe)或聚三氟氯乙烯(pctfe);及其混合物,特别是pekk和pei的混合物,优选地90-10%重量至60-40%重量、特别是90-10%重量至70-30%重量的混合物。

17.根据权利要求1-16之一的方法,特征在于所述至少一种热塑性聚合物为其玻璃化转变温度使得tg≥80℃、特别是≥100℃、特别地≥120℃、特别是≥140℃的聚合物,或者其熔融温度tm≥150℃的半结晶性聚合物。

18.根据权利要求1-17之一的方法,特征在于所述至少一种热塑性聚合物选自:聚酰胺,特别是脂族聚酰胺、脂环族聚酰胺和半芳族聚酰胺(聚苯二甲酰胺类);pvdf;peek;pekk、pei以及pekk和pei混合物。

19.根据权利要求1-18之一的方法,特征在于所述经预浸渍的纤维质材料中的纤维水平为在45至65%体积之间、优选地50-60%体积、特别是54-60%。

20.根据权利要求1-19之一的方法,特征在于所述经预浸渍的纤维质材料中的孔隙率水平小于10%、特别是小于5%、特别地小于2%。

21.根据权利要求1-20之一的方法,特征在于其还包括如下步骤:将所述经浸渍的纤维质材料的所述一根粗纱或所述多根平行粗纱通过使用至少一个加热压延机压延而成形为单个单向条带或多个平行单向条带的形式,在后一情况下,根据所述条带的数量以及通过管理系统调节的在所述压延机的辊之间的压力和/或间隔,所述加热压延机包括多个压延凹槽(73)、优选地最高达200个压延凹槽。

22.根据权利要求21的方法,特征在于所述压延步骤是使用相对于纤维粗纱的通过方向并联和/或串联安装的多个加热压延机进行的。

23.根据权利要求21或22之一的方法,特征在于,伴随着在所述热塑性聚合物或热塑性聚合物混合物中存在碳填料,所述一个或多个加热压延机包括集成的感应或微波加热系统、优选地微波。

24.根据权利要求1-23之一的方法,特征在于在所述加热系统和所述压延机之间存在带式压机。

25.根据权利要求1-23之一的方法,特征在于在所述加热系统和所述压延机之间存在加热喷嘴。

26.根据权利要求1-23之一的方法,特征在于在所述加热系统和所述压延机之间存在带式压机并且在所述带式压机和所述压延机之间存在加热喷嘴。

27.根据权利要求1-26之一的方法,特征在于通过如下步骤而完成所述预浸渍和浸渍步骤:用熔融热塑性聚合物覆盖在通过所述粉末浸渍之后的所述单根粗纱或所述多根平行粗纱,所述覆盖步骤在所述压延步骤之前进行,所述熔融热塑性聚合物可与所述预浸渍用聚合物相同或不同,所述熔融聚合物优选地具有与所述预浸渍用聚合物相同的性质,优选地所述覆盖是相对于所述单根粗纱或所述多根平行粗纱通过十字头-模头挤出而进行的。

28.根据权利要求1-27之一的方法,特征在于所述热塑性聚合物进一步包括碳质填料、特别是炭黑或碳纳米填料,其优选地选自碳质纳米填料、特别是石墨烯和/或碳纳米管和/或碳纳米原纤或其混合物。

29.根据权利要求1-28之一的方法,特征在于所述纤维质材料包括选自如下的连续纤维:碳、玻璃、碳化硅、玄武岩、二氧化硅、天然纤维尤其是亚麻或大麻、木质素、竹子、剑麻、丝、或纤维素,特别是粘胶纤维;或者具有如下的玻璃化转变温度tg的无定形的热塑性纤维:当所述聚合物或所述聚合物混合物为无定形时,其高于所述聚合物或所述聚合物混合物的tg,或者当所述聚合物或所述聚合物混合物为半结晶性时,其高于所述聚合物或所述聚合物混合物的tm;或者具有如下的熔融温度tm的半结晶性热塑性纤维:当所述聚合物或所述聚合物混合物为无定形时,其高于所述聚合物或所述聚合物混合物的tg,或者当所述聚合物或所述聚合物混合物为半结晶性时,其高于所述聚合物或所述聚合物混合物的tm;或者所述纤维的两种或更多种的混合物,优选地碳纤维、玻璃或碳化硅的混合物,特别是碳纤维。

30.经预浸渍的纤维质材料的单向条带,特别是卷绕在卷轴上的条带,特征在于其是通过如根据权利要求1-29之一定义的方法获得的。

31.根据权利要求30的条带,特征在于其具有适合于在三维工件的制造中的自动机械施加而不需要分切的宽度(l)和厚度(ep),宽度(l)为至少5mm且最高达400mm、优选地5-50mm、和甚至更优选地5-15mm。

32.根据权利要求30或31之一的条带,特征在于所述热塑性聚合物为:脂族聚酰胺,其选自pa6、pa11、pa12、pa66、pa46、pa610、pa612、pa1010、pa1012、pa11/1010或pa12/1010;或者半芳族聚酰胺,其例如pamxd6和pamxd10或者选自pa6/6t、pa6i/6t、pa66/6t、pa11/10t、pa11/6t/10t、pamxdt/10t、pampmdt/10t、pabact/6t、pabact/10t和pabact/10t/6t;pvdf;peek、pekk和pei或其混合物。

33.如通过权利要求1-29之一定义的方法用于制造校准条带的用途,所述校准条带适合于通过经由自动机械自动铺设所述条带而制造三维复合物部件。

34.如根据权利要求30-32之一定义的经预浸渍的纤维质材料的条带在制造三维复合物部件中的用途。

35.根据权利要求33或34的用途,特征在于所述复合物部件的所述制造涉及如下领域:运输特别是汽车、油和气特别是海上油和气、储气、航空、船舶、铁路;选自风能、水轮机、储能装置、太阳能面板的可再生能源;热防护面板;运动和休闲、健康和医疗以及电子设备。

36.三维复合物部件,特征在于其得自如根据权利要求30-32之一定义的经预浸渍的纤维质材料的至少一个单向条带的使用。


技术总结
本发明涉及制造经浸渍的纤维质材料的方法,所述经浸渍的纤维质材料包括由连续纤维制成的纤维质材料和至少一种热塑性聚合物基质,特征在于所述经浸渍的纤维质材料是作为单个单向带或者多个单向平行带产生的,并且特征在于所述方法包括将所述纤维质材料在其为一根粗纱或者多根平行粗纱的形式时用所述热塑性材料预浸渍的步骤和至少一个加热所述热塑性基质以使预浸渍之后的热塑性聚合物熔融或者保持熔融状态的步骤,所述至少一个加热步骤是通过至少一个热传导铺展部件(E)和除了加热的压延机之外的至少一个加热系统进行的,在所述加热系统的水平处所述一根或多根粗纱与所述至少一个铺展部件(E)的表面的部分或全部接触并且部分地或者完全地在所述至少一个支持部件(E)的表面上面通过。

技术研发人员:G.霍克斯泰特;M.卡佩洛特;T.萨瓦特;A.P.巴波;D.休泽;F.唐盖伊;P.盖拉德
受保护的技术使用者:阿科玛法国公司
技术研发日:2018.06.21
技术公布日:2020.05.19
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