基于玻璃纤维的线的制作方法

专利名称：基于玻璃纤维的线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由多根玻璃纤维基长丝构成的线(mèche)。这种线可以呈称之为粗纱的筒管纱形式。
这些粗纱有各种各样的用途。关于这些复合材料，这些粗纱构成塑料的加固纱线。粗纱加工成玻璃纤维的方法是非常多样化的。在这些方法中，可以列举A-使用纺织机器的机织方法和其它方法，得到织造或非织造的直丝加固纱线。
粗纱基的重的织物和其它加固纱线(约1000g/m2或1000g/m2以上)往往用于生产复合材料零件，它们在机械上可能是非常受力的。发现它们在静态使用的零件，例如冷藏车的恒温槽板中，或在动态使用的零件，例如承受很强振动的风力发动机桨叶中都有应用。
B-拉挤成型方法，该方法在于使连续丝的加固纱线浸渍树脂，然后采用牵引通过加热的模具(拉丝模)，这样可使如此制成的成型结构聚合。这种方法能够生产出长方形加固纱线产品，例如用于生产格栅的条或元件。
C-热塑性挤出方法，该方法在于生产含有所谓长纤维的热塑性材料颗粒，这些连续纤维加到挤出机中，在挤出机出口涂布塑料，以切成颗粒。这种方法能够得到汽车结构的增强零件。
D-长丝卷绕方法，该方法在于在不断牵引下将浸渍树脂的连续纤维加固纱线卷绕在具有适当形状的旋转心轴上，聚合后得到一个空心旋转体，像管。
更具体地，本发明涉及用于由粗纱生产加固纱线的线，实际上这种线的纤度可达到1200特或更高，长丝直径为12μm或更大。我们提到，丝或线的纤度相应于其线密度(1特＝1g/km)。线的纤度可随长丝直径的平方成比例变化，还可随构成这种线的长丝数成比例变化。
线的纤度是其机械强度的一个因数，而长丝的直径会影响丝或线的弯曲能力，因此会影响可得到织物的柔软性。纤度越高，丝强度也就越大，长丝直径越大，其弯曲也越困难。
或者直接由拉丝模出来的长丝再在拉丝模下并合成单根卷绕线而得到这些粗纱(人们将这些粗纱称之直接粗纱)，或者间接地由称之丝饼的原筒管纱来的丝，再并合构成所要求纤度的最终线而得到这些粗纱(人们将这些粗纱称之集合粗纱)。
构成直接粗纱线的长丝的最大数量是受拉丝模孔数制约的，从该拉丝模孔流出的玻璃丝在机械拉制后形成所述的长丝。长丝的数量严格地等于拉丝模的孔数。目前，这个孔数还未超过约4000个，甚至4500个，这样能够得到例如1200特/12μm，2400特/17μm或4800特/24μm或9600特/33μm的直接粗纱。
通常，按照整数表达长丝直径和长丝数。事实上，为语言简化起见，用百的整数(chiffre rond)陈述拉丝模的孔数和线的长丝数(例如4024根长丝的线应说成4000根长丝)。整数与准确数可以相差几十。
通常用微米整数表示长丝直径，即名义值。该直径一般比构成该线的全部长丝直径平均值差小0.5μm。
另外，在下文中，这些整数被认为是四舍五入后的整数值(valeurarrondies)。
对于某些应用，例如考虑风力发动机桨叶，这些桨叶随时都要经受因风产生的几乎连续振动的疲劳现象，人们希望2400特实际线纤度还要更高些，目的一方面是简化桨叶的生产方法，另一方面还能够生产非常大尺寸的桨叶(40米或以上)，然而，这些桨叶目前需要大量的加固纱线层。
通过增加长丝的直径和/或它们的数量，可以增加粗纱线的纤度。
这种增加直径的办法是最易实现的，但由于诸多原因始终不希望采用这种办法，其原因是其线弯曲比较困难，于是造成织造更困难，导致产品质量差。这种织造常常因长丝断裂而中断，特别考虑到动态应用对水平度和均匀性的要求，这种织物往往是有缺陷的。另外，提供与浸渍树脂接触的玻璃表面较少，因此玻璃-树脂的粘合不怎么好，复合材料的机械性能也不怎么高。由于这些原因，某些行业已确定将可允许的长丝直径限制到17μm的标准。
在拉挤成型的情况下，目前这些线的纤度直到4800特；由于生产率和零件尺寸的原因，也希望增加纤度，但增加长丝直径会对这样线的应用造成困难，这些长丝断裂形成隆起部分，这样一方面会刺痛和伤害操作者，另一方面会弄脏浸渍加固纱线的树脂。由于这种原因，在这种情况下转化器要求长丝直径不超过24μm，一些甚至还要求这种直径不超过19μm。
因此，通过增加长丝数增加纤度是更优选的。
将来自多个纱饼的多根线并合可以增加长丝数，这没有简化生产，甚至还带来成本的增加，或者将来自多个拉丝模的多根长丝的线并合，再合并在同一卷筒上，这样不是没有引起对效率的关心，因为多个拉丝模的依赖关系而造成断裂线总数统计性升高。
另外，本发明人已证明，并合多根线的缺陷是销售筒管纱的质量和用这种筒管纱生产的产品的质量可能受到严重阻碍。因此，对于纱饼的多根线的并合，得到的筒管纱在其边缘有纱线圈，这从出售的物品质量来看是不合适的，并且例如织造时，这些线圈在摇纱时有引起弄乱这种线的危险。采用来自多个拉丝模的长丝并合时，即使得到的筒管纱没有明显的缺陷，摇纱时这些长丝线也易于分开，例如织造时，这时一根比另一根(或另一些)拉得更紧。这种不等同的张力有损于织物的水平度，易于翘曲，这种织物其中不能适当地被树脂浸渍，由此造成复合材料的机械性能比较差。
因此，本发明的目的是提供一种基于玻璃纤维的线，它们的纤度比市场上已有的高或相同，没有随之增加长丝的直径，同时还保证至少同等的质量(特别在其使用时)，也保持其生产简单。
根据本发明，这种线可用比τ/μ2表征，它高于9，其中τ是线的纤度，以特表示，μ是构成线的长丝直径，以μm表示。
根据一个特征，这种线来自唯一的拉丝模。有利地，这种线是直接在拉丝模下卷绕的粗纱的形式。
根据另一个特征，这种线包括至少6000根长丝，其纤度高于1200特，每根长丝的直径高于11μm。
例如，这种线包括约8000根长丝，每根长丝的直径约17μm，其纤度为4800特。这类线特别适合于生产单向或多轴向的加同纱线，这些加固纱线特别用于风力发动机桨叶。事实上，这种长丝直径仍然与市场上已有的发动机桨叶的17μm相同；因此，这种织造不会变得更困难。另外，有利的是这种纤度比现有直径17μm的2400特的那些更高，可得到更重的加固纱线。
根据另一个实例，这种线包括约8000根长丝，每根长丝的直径约24μm，其纤度9600特。对于采用拉挤成型方法生产非常长的、截面减小的成型部件，这样一种线受到重视。
作为其它的实例，这种线包括约8000根长丝，每根长丝的直径约12μm，其纤度2400特，它们可用于采用精细拉挤成型方法生产条(jonc)。
因此，本发明的线可以通过织造、拉挤成型、挤出或长丝卷绕方法用于生产复合材料，例如，一个特别的应用是风力发动机桨叶。
最后，该线可以完全由玻璃长丝构成，或可以是复合材料或可以由例如玻璃和热塑性材料复合的长丝构成。
因此，通过增加从拉丝模拉出的长丝数可以得到这样一些线，这样需要配置比现有技术更多孔数的拉丝模。
直到现在，在市场上还没有如此大量长丝的筒管纱，例如在本发明中筒管纱的长丝数可以达到8000根，并且来自于单个拉丝模，因为还未设计出这些实际拉制玻璃纤维的设备，容纳已确定尺寸并提供至多约4500孔的拉丝模基座。为了再增加孔数，对于同样的拉丝模基座表面，需要将这些孔彼此安排得更紧密，这样使得这些流出的长丝彼此更靠近。这时有确实看到这些长丝彼此合并并粘合起来的危险，因此有碍于拉制纤维方法。
然而，人们直到现在对可能生产新拉丝模还没有任何倾向，这种新拉丝模通过增加钻有所述孔的拉丝模底座表面积可提供更大量的孔，直到现有孔的两倍，同时还可以将其集成到现有纤维拉制设备中。另外，根据本发明，生产本发明线的设备包括拉丝模，其底座由一块板组成，该板有4500个孔，特别地8000个孔，其表面积超过实际提供至多4500个孔的现有板的表面积。
通过阅读说明书和下面相关附图可体会到其它的优点和特征-

图1用示意图说明本发明线的生产设备；-图2说明线纤度、线的长丝数随长丝直径变化的代表性曲线。
如图1所看到的，本发明玻璃纤维线1由从唯一拉丝模13出来的4000根以上长丝构成。线1卷绕构成直接筒管纱R。
该玻璃组合物例如是玻璃E的组合物。
拉丝模13安装在板14的底部，该板14配置大量的孔15，例如喷嘴，熔融玻璃从这些孔流出，拉制成大量的长丝16。孔数超过4500个，优选地超过6000个，例如可以达到8000个，甚至超过8000这个数。
这些长丝并合成唯一层丝17，它再与涂布设备20接触，往每根长丝涂布含水或无水类胶料。该设备20可以由通过胶料浴不断地加料的槽和旋转辊组成，该辊下部始终浸没在该浴中。这种辊始终覆盖胶料，这些长丝16在其表面滑过时蘸去其胶料。
然而，这层丝17向并合设备21会聚，这些不同的长丝在并合设备21上合并产生该线1。该并合设备21可以由单个槽轮或由槽板构成。
离开并合设备21的线1进入丝导套22，卷绕在相对于该丝朝向丝导套22垂直方向到达有水平轴的支持件23周围。直接从这种拉丝模出来时如此卷绕该线就构成直接粗纱R。拉制速度通常是每秒10-60米。
拉丝模基座的板14因此设计有4500个以上的孔，这里8000个孔，形成8000根长丝。于是，其长丝数比该技术领域中现有不超过4500根长丝数有增加，这是有真实在好处的。对于某些应用，为了保持一定纤度不变，优选的是通过降低长丝直径来增加长丝数，而不是保证更粗直径的长丝数不变。因此，应该浸渍树脂的织物表明，树脂与玻璃长丝接触的表面积较大时，在其动态使用时有较好的疲劳强度。然而，对于同样涂胶的4800特线，由8000根直径17μm的长丝构成比4000根直径24μm的长丝能提高这种密切接触。从4000根到8000根时，其密切接触增加因子是约1.4。
8000根直径17μm长丝的这样线具有纤度4800特，这种线可特别用于生产风力发动机桨叶的单方向和多轴向加固纱线。
也提到的是长丝数、线纤度和长丝直径应符合下式f490=τμ2]]>
式中f是长丝数，τ是纤度，而μ是以μm表示的直径，490是加入玻璃密度的增加因子。
因此，本发明含有4500根以上长丝的线还可以用比τ/μ2表征，它是高于9的整数值。一旦市场上的产品不容易计算出线的长丝数时，就可以分别采用标准化方法ISO 1889和ISO 1888，在测量τ和μ后很容易计算出比τ/μ2。
图2说明了表达线纤度、长丝数随长丝直径而改变的一组曲线。绘制了参比直线τ/μ2＝9，它构成了满足本发明线的下限。4500个(精确地4410个)以上孔的拉丝模能够得到比τ/μ2＞9，而4000个孔或以下的现有拉丝模没有满足这个特征。
因此，通过增加长丝数可以达到增加线的纤度，从而不改变长丝直径。对于17μm，使用4000孔的拉丝模时，纤度只是2400特，而8000孔的拉丝模为4800特(双倍)。
另外，增加长丝数能够降低长丝直径而不增加纤度。对于4800特，该线使用4000根长丝，其长丝直径24μm，而8000根的长丝直径为17μm。
还可能生产例如纤度600或900特的线，其长丝直径分别不超过8或10μm。
另外，本发明提供τ/μ2＞9的线，本发明能够得到与现有产品相比的新产品，这些新产品具有-对于同样纤度，长丝直径降低，这样能够使长丝保持其柔软性，因此避免它们断裂，于是避免这些断裂丝以团块形式积累，这样不会影响机器运行，还有利于均匀浸渍；或-对于直径不变，增加纤度，这样能够得到更重的加固纱线，于是可以生产需要更大量加固纱线的更大尺寸的零件，这样无须增加使用的筒管纱数，因此不会使转化变得复杂，也无需新的设备。这样提高了生产纤维与转化器的生产率。
在这两种情况下，因此都涉及提高质量/价格比。下表汇集了各类应用中现有线的转化特性和本发明可以达到的特性。
就玻璃纤维线描述了本发明，但还可能生产TWINTEX复合线，这种线是以从拉丝模输出的玻璃长丝为基构成的，其中复合了热塑性长丝。
权利要求
1.基于玻璃纤维的线(1)，它的比τ/μ2高于9，其中τ是以特表示的线的纤度，而μ是以μm表示的构成线的长丝直径。
2.根据权利要求1所述的线，其特征在于它来自唯一的拉丝模(13)。
3.根据权利要求2所述的线，其特征在于它呈直接在拉丝模下卷绕的筒管纱(R)的形式。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的线，其特征在于它包括至少6000根长丝，还在于它的纤度高于1200特，每根长丝的直径大于11μm。
5.根据上述权利要求中任一权利要求所述的线，其特征在于它包括约8000根长丝，每根长丝的直径约12μm，具有纤度2400特。
6.根据上述权利要求中任一权利要求所述的线，其特征在于它包括约8000根长丝，每根长丝的直径约17μm，具有纤度4800特。
7.根据上述权利要求中任一权利要求所述的线，其特征在于它包括约8000根长丝，每根长丝的直径约24μm，具有纤度9600特。
8.根据上述权利要求中任一权利要求所述的线，其特征在于它完全由玻璃长丝构成。
9.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的线，其特征在于它是复合材料，并且由玻璃和热塑性材料复合长丝构成。
10.根据上述权利要求中任一权利要求所述线在生产复合材料中的应用。
11.根据上述权利要求中任一权利要求所述线在织造、拉挤成型、挤出或长丝卷绕方法中的应用。
12.根据上述权利要求中任一权利要求所述线在生产风力发动机中的应用。
全文摘要
本发明涉及玻璃纤维的线(1)，它的比τ/μ
文档编号D03D15/12GK1650056SQ03809914
公开日2005年8月3日 申请日期2003年4月23日 优先权日2002年5月2日
发明者J·-P·勒诺丹, M·吉内, J·-L·泰里特, J·-C·范德林登, P·朱特特 申请人:法国圣戈班韦特罗特斯有限公司