用于在互穿流化床中浸渍纤维质材料的方法与流程

文档序号:25998968发布日期:2021-07-23 21:14阅读:来源:国知局

技术特征:

1.用于制造包含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的经预浸渍的纤维质材料的方法,特征在于,将所述经预浸渍的纤维质材料制成多个单向平行的带或片材,并且,所述方法包括,通过在罐(10)中的粉末形式的所述至少一种热塑性聚合物基质,对n个平行股料(20)形式的所述纤维质材料进行特别均匀的预浸渍步骤,所述预浸渍步骤是在所述罐(10)中以干方式进行,

所述n个平行股料(20)在该股料的行进方向上被分成x个组,各组由ni个平行股料组成,∑ni=n且x≤n,x为2-200,各组平行股料借助于位于罐内的x个由y个起始件(30)组成的系列而分开行进,其中y≥3,而且,所述罐的每个系列的所述y个起始件(30)中的至少一个至少部分地浸入在所述粉末中,每组股料在相同数量的y个起始件(30)上行进:

-来自脂族、脂环族或半芳族聚酰胺(pa)(也被称为聚邻苯二甲酰胺(ppa))的类别的聚合物和共聚物,

-聚脲,特别是芳族聚脲,

-来自丙烯酸类的类别的聚合物和共聚物,例如聚丙烯酸酯,且更特别地聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或其衍生物,

-来自聚芳基醚酮(paek)类别如聚(醚醚酮)(peek)、或聚(芳基醚酮酮)(paekk)如聚(醚酮酮)(pekk)或其衍生物的聚合物和共聚物,

-芳族聚醚酰亚胺(pei),

-聚芳基硫醚,特别是聚苯硫醚(pps),

-聚芳基硫醚,特别是聚苯砜(ppsu),

-聚烯烃,特别是聚丙烯(pp);

-聚乳酸(pla),

-聚乙烯醇(pva),

-氟化聚合物,特别是聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)或聚氯三氟乙烯(pctfe),

以及它们的混合物。

至少在所述至少部分浸入的起始件处,使所述多个平行股料在所述罐中以至少等于各股料的宽度的间距彼此分开,

每个系列的所述y个起始件(30)在罐中在股料的行进方向上以至少大于各股料的厚度的距离而进行偏置,

通过控制所述n个股料在粉末中的停留时间来实施对所述纤维质材料中的所述至少一种热塑性聚合物基质的量的控制,

对于各所述股料,在粉末中的停留时间是相同的,

当从粉末中出来时,所述n个股料任选地结合在一起。

2.根据权利要求1所述的方法,特征在于,所述罐包含流化床(11)。

3.根据权利要求2所述的方法,特征在于,在流化床中的每个系列的各ym起始件均位于距罐的底部相同的高度处。

4.根据权利要求2-3之一所述的方法,特征在于,在流化床中的每个系列的y个起始件各自是彼此等距的。

5.根据权利要求2-4之一所述的方法,特征在于,所述y个起始件是凸形、凹形或圆柱体形状、特别是圆柱体形状的压辊。

6.根据权利要求2-5之一所述的方法,特征在于,x个组中的每一个的每个股料穿透进入所述流化床中并且在至少部分地浸入粉末中的每个系列的所述y个起始件中的至少一个之上行进,其中,在股料与所述起始件ym的法线之间所形成的角度α2的范围为0-89°、优选地5°-85°、优选地5°-45°、优选地5°-30°。

7.根据权利要求6所述的方法,特征在于,在至少部分地浸入所述粉末中的每个系列的所述y个起始件中的所述至少一个之上行进之后,使x个组中的每一个的每个股料从所述流化床显露出来,其中,在股料与所述起始件ym的法线之间所形成的角度α'2的范围为0-89°、优选地5°-85°、优选地5°-45°、优选地5°-30°。

8.根据权利要求2-7之一所述的方法,特征在于,在粉末中的停留时间的范围为0.01秒-10秒、优选地0.1秒-5秒、且特别地0.1秒-3秒。

9.根据权利要求2-8之一所述的方法,特征在于,所述预浸渍步骤是通过在包含所述流化床的罐的入口与罐的出口之间铺展ni个平行股料中的每一者而实施的。

10.根据权利要求9所述的方法,特征在于,ni个平行股料中的每一者的所述铺展是至少在起始件ym(30)中之一处、特别地至少在至少部分地浸入所述粉末中的每个系列的所述y个起始件中的所述至少一个的水平处实施的。

11.根据权利要求1-10之一所述的方法,特征在于,每个系列的起始件y均是相同的。

12.根据权利要求2-11之一所述的方法,特征在于,对于每个系列而言,m=3,每个系列的第一个起始件y1(31)位于罐(10)的入口之后的所述流化床的上方,而且,每个系列的最后一个起始件y3(33)位于罐(10)的出口之前的所述流化床的上方,所述至少部分地浸入的件(32)位于第一个起始件y1(31)与每个系列的所述最后一个起始件y3(33)之间。

13.根据权利要求2-12之一所述的方法,特征在于,所述件(32)完全地浸入所述流化床(11)中。

14.根据权利要求2-13之一所述的方法,特征在于,所述经预浸渍的纤维质材料中的纤维水平的范围为45-65体积%、优选地50-60体积%、特别地54-60%。

15.根据权利要求1-14之一所述的方法,特征在于,使用单一的热塑性聚合物基质,且热塑性聚合物粉末是能够流化的。

16.根据权利要求1-15之一所述的方法,特征在于,其进一步包括至少一个加热热塑性基质的步骤,以允许所述热塑性聚合物在预浸渍之后发生熔融或保持处于熔融状态,

该至少一个加热步骤是借助于至少一个导热或不导热的起始件(e)和至少一个加热系统实施的,所述加热系统不包括加热压延机,

所述一个股料或多个股料与所述至少一个起始件(e)的部分或全部表面接触,而且,在加热系统处,部分或全部地在所述至少一个起始件(e)的表面之上行进。

17.根据权利要求1-16之一所述的方法,特征在于,其额外地包括通过使用至少一个加热压延机进行压延来使所述经浸渍的纤维质材料的所述股料或所述多个平行股料成型为单个的单向带或多个平行的单向带或片材的形式的步骤,其中,在后一情况中,根据所述带的数量以及由闭环控制系统调节的所述压延机的辊之间的压力和/或分离,所述加热压延机包括多个压延槽、优选地最高达300个压延槽。

18.根据权利要求17所述的方法,特征在于,使用相对于纤维股料的通过方向平行和/或串联安装的多个加热压延机来完成压延步骤。

19.根据权利要求17或18之一所述的方法,特征在于,所述加热压延机包括集成的感应或微波加热系统、优选微波,其与在所述热塑性聚合物或热塑性聚合物的混合物中的碳填料的存在耦合。

20.根据权利要求17-19之一所述的方法,特征在于,所述加热压延机耦合至位于所述(每个)压延机之前和/或之后的辅助性快速加热装置,特别是:微波或感应加热装置,其与在所述聚合物或所述聚合物的混合物中基于碳的填料的存在耦合;或者,红外ir或激光加热装置;或者,通过与其它热源例如火焰或热空气直接接触。

21.根据权利要求1-20之一所述的方法,特征在于,所述浸渍步骤补充有在以粉末浸渍之后对所述单个股料或所述多个平行股料进行包覆的步骤,所述包覆步骤是在所述压延步骤之前使用熔融的热塑性聚合物进行的,其中该熔融的热塑性聚合物可与流化床中的粉末形式的所述聚合物相同或不同,所述熔融的聚合物优选地与流化床中的粉末形式的所述聚合物具有相同的性质,优选地,其中,所述包覆是通过相对于所述单个股料或所述多个平行股料的十字头模挤出来实现。

22.根据权利要求1-21之一所述的方法,特征在于,所述热塑性聚合物进一步包含基于碳的填料,特别是炭黑或碳纳米填料,优选地选自基于碳的纳米填料,特别是石墨烯和/或碳纳米管和/或碳纳米原纤或者它们的混合物。

23.根据权利要求1-22之一所述的方法,特征在于,所述热塑性聚合物进一步包含液晶聚合物或环化聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、或者包含这些作为添加剂的共混物。

24.根据权利要求1-23之一所述的方法,特征在于,所述至少热塑性聚合物选自: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,特别是聚苯砜(ppsu);聚芳基硫醚,特别是聚苯硫醚(pps);聚酰胺(pa),特别是任选地经脲单元改性的半芳族聚酰胺;peba,聚丙烯酸酯、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,特别是聚偏二氟乙烯(pvdf)或聚四氟乙烯(ptfe)或聚氯三氟乙烯(pctfe);以及它们的混合物,特别是pekk与pei的混合物,优选地,90-10重量%至60-40重量%、特别地90-10重量%至70-30重量%。

25.根据权利要求24所述的方法,特征在于,所述至少一种热塑性聚合物是其玻璃化转变温度为tg≥80℃的聚合物、或者其熔点tm≥150℃的半结晶聚合物。

26.根据权利要求1-25之一所述的方法,特征在于,所述纤维质材料包含选自以下的连续纤维:碳纤维,玻璃纤维,碳化硅纤维,玄武岩纤维,和氧化硅纤维,天然纤维尤其是亚麻纤维或大麻纤维、木质素纤维、竹纤维、剑麻纤维、丝纤维、或纤维素纤维,特别是粘胶纤维,或者,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,其玻璃化转变温度tg大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的时,大于所述聚合物或所述聚合物混合物的tm,或者,半结晶的热塑性纤维,当所述聚合物或所述聚合物混合物为无定形时,其熔融温度tm大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的时,大于所述聚合物或所述聚合物混合物的tm,或者,两种或更多种所述纤维的混合物,优选地,碳纤维、玻璃纤维或碳化硅纤维的混合物,特别是碳纤维。


技术总结
本发明涉及包含连续纤维和热塑性基质的经预浸渍的纤维质材料的制造,将所述材料制成多个单向平行的带或片材,并且,所述方法包括,在干条件下,通过在罐(10)中的粉末形式的热塑性基质,对N个平行股料(20)进行预浸渍的步骤,所述N个平行股料(20)被分成X个组,各组由Ni个股料组成,∑Ni=N和X<N,每组借助于X个由Y个拉紧部件(30)组成的系列而分开行进,其中Y>3,来自每个系列的所述Y个拉紧部件(30)中的一个浸入在所述粉末中,每组股料在相同数量的Y个拉紧部件上行进,且所述多个平行股料以至少等于每个股料的宽度的间距而分开。

技术研发人员:G.霍克斯泰特;A.P.巴波;A.萨利尼尔;T.萨瓦尔特
受保护的技术使用者:阿科玛法国公司
技术研发日:2019.11.25
技术公布日:2021.07.23
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