专利名称：包括平行的玻璃线股的粗纱的加强件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用作加强产品的凝聚且柔性的织物芯(骨架)，该加强产品用于复合材料制品-即用于通过加强纤维加强的基于树脂(聚酯或其他树脂)的制品。
背景技术：
已经公知许多由一层或更多层联接在一起的纤维制成的凝聚织物芯加强结构。该织物芯通常呈包装在卷筒中的柔性垫纱的形式，该垫纱因此能够被输运并在它被用于生产复合材料产品的地点处理。为了生产复合材料制品，流程通常如下切出一块具有合适的表面积的织物芯并且将其安置在模具中，然后将树脂引入模具以包围该织物芯。在聚合之后，树脂和嵌件形成机械上牢固的结构。机械强度特性仅在树脂在组成嵌件的纤维之间充分渗透而不留下任何无树脂的区域的条件下并且在它充分附着到纤维上的条件下获得。还需要纤维均勻地占据待生产的复合材料制品的容积，特别是通过当该制品不平坦时与该制品的形状一致来进行。最后需要纤维本身具有使得它们能够形成有效的加强嵌件的足够的机械强度。已经提出各种加强织物芯结构。因此，文献EP 0 395 548记载了两层式织物加强件的使用，所述织物加强件例如由玻璃纤维制成并分别定位在一中心层的一侧，该中心层由基于具有永久卷曲的合成纤维、例如已进行组织化处理的长40至70mm的聚酯纤维的垫纱制成。这些织物加强件层通过缝合/编织联接到该中心层。文献EP 0 694 643记载了两个织物加强层的使用，这两个织物加强层各自定位在为所述材料提供厚度的中心层的一侧，所述层通过缝合/编织互相连接，并且抵靠其中一个外表面设置粘合或缝合上的合成纤维网。缝合/编织技术相对缓慢，并且这样生产的织物芯具有不均勻的可变形性并且在它们的表面处存在外观缺陷。为了提高生产率并减少源自编织操作的缺陷，FR 2 916 208 Al和W02008/139423 Al最近提出基于纤维的织物芯的生产，该织物芯包括厚而通气的内层和定位在该内层的每侧上的外层，该内层基于已经受使它们永久卷曲的处理的合成纤维的90mm部分，所述外层包括50mm的加强纤维和具有热熔性表面的纤维部分。所述具有热熔性表面的纤维部分中的至少一些在它们的长度的一部分上穿过内层并且部分地互相附着且附着到内层的合成纤维上。此结构的一个益处是它给织物加强件提供了大的柔性和良好的可变形性，以使得它们能够符合复杂模具的形状，卷曲的合成纤维确保了内层维持充分的容积以便树脂在后续的模制操作期间的正确渗透。外层中存在加强纤维例如长度为50mm的玻璃纤维改善了复合材料制品的机械特性。然而，此改善是轻微的，因为这些加强纤维短并且必须数量少，玻璃纤维的比例受到具有永久卷曲的合成纤维的大量存在的限制。对于某些应用，仍希望获得复合材料制品的机械特性-特别是其屈服或弯曲强度-的显著提高。根据涵盖在较近文献EP 1 125 728 Al中的文献FR 1 394 271 A所记载的早就公知的技术，将取自卷筒的平行玻璃纤维粗纱并排放置在垫纱上，并使其附着到用于组装它们的由纺织或无纺纤维制成的支承件上。这种并排放置的粗纱构成重量为500至1500g/ m2的连续条带状结构。直径通常为5 μ m至M μ m的单个玻璃长丝的集合称为线股。线股通常包括约40 个长丝。线股的集合称为粗纱。粗纱通常包含约50个线股。此公知技术的缺点是仍需存在粘合剂以在它在注射模制步骤前进行处理时给加强产品提供凝聚性。问题是粘合剂易于降低树脂在模制步骤期间的渗透能力并降低通过模制生产的复合材料制品的短期或长期机械强度。迄今为止，在基于单向玻璃纤维粗纱的凝聚加强件中，已通过缝合来组装粗纱，缝合是相对缓慢的工艺，并且需要显著提高织物加强件的生产速度以便实现超过lOm/min的生产速率。本发明针对这些困难并且找到了它们的解决方案。
发明内容
本发明所解决的问题是显著提高利用玻璃纤维模制加强件生产的复合材料制品的机械强度，同时在模制前维持该模制加强件所呈现的凝聚性(紧密性，黏合性，连贯性， 一致性，coherence)、柔性和可变形特性，并且在模制时维持与透入和压印有关的良好特性。同时，本发明寻求设计能够在高速度下生产的加强件的模制，从而达到超过IOm/ min的生产速率。另外，本发明提出在需要的情况下提高通过利用模制加强件模制而生产的复合材料制品的表面的均勻度。优选地，本发明还寻求允许将加强产品作为连续条带生产，该连续条带能够作为卷筒进行包装(打包)，并且能够进行切割或裁切而不存在边缘被损坏或磨损的风险。为了实现这些和其他目的，本发明提供一种由基于纤维(以纤维为基础)的垫纱 (纱层，纤维片层，nappe)制成的模制加强件，包括-第一纤维层，-由具有热熔性(可热熔)表面的纤维部分制成的至少一个联接层，该联接层联接到该第一纤维层，-具有热熔性表面的纤维部分中的至少一些在它们的长度的一部分上刺入第一纤维层，并且部分地互相附着(粘附，紧贴)以及附着到该第一纤维层的纤维上，其中，该第一纤维层包括在垫纱中并排布置且平行的玻璃线股的粗纱(n^che)，由此形成加强层。联接层中具有热熔性表面的纤维在不添加外部粘合剂的情况下提供了玻璃纤维的粗纱之间的有效联接，同时维持了模制加强件的柔性和均勻度，并且不使玻璃线股变形或断裂。
5
同时，模制加强件的这种结构能以高速度生产，因为具有热熔性表面的纤维的互相刺入能够通过远远快于缝合法的轻针刺步骤来实现。优选地，刺入加强层的具有热熔性表面的纤维部分较宽地间隔开，此间距等于或大于用于轻针刺操作的针的间距这种轻针刺操作的表面密度为每平方厘米加强层约5至 10个针刺穿孔。这使得施加到玻璃纤维的弯曲应力较低，并且对应地降低了玻璃纤维断裂的风险。本发明因此使得可以利用单向玻璃线股粗纱的优良机械特性，从而给通过模制这种加强件而生产的复合材料制品提供优良的机械特性。联接层-其某些纤维部分刺入并附着到加强层中的纤维上-在制造后并且在模制加强件的使用前暂时将加强层的玻璃线股足够牢固地保持在一起，使得模制加强件具有令人满意的凝聚性。同时，带有刺入和附着纤维的联接层允许仅使用少量玻璃以外的材料-即在使玻璃在模制加强件中的相对比例最大化的同时-来将玻璃线股保持在一起。联接层可以特别薄，并且为纤维的网(覆盖物，voile)的形式，例如具有约25至 30g/m2 的克重(基重，grammage)。玻璃线股的粗纱可以有利地具有介于约MOO至4800tex (特)之间的支数。在这种粗纱中，玻璃线股可以有利地由单位(单体)直径在约14 μ m与约17 μ m 之间的范围内的长丝(单丝)的组件形成。作为替换或附加，粗纱的玻璃线股可具有约40至SOtex的单位支数。根据第一实施例，加强层联接到具有热熔性表面的纤维的单个联接层。根据第二实施例，加强层联接到由具有热熔性表面的纤维制成的两个联接层，这两个联接层布置在加强层的两侧。根据第三实施例，在前述实施例之一的结构中，加强层与联接层之间还存在玻璃线股的中间层。该中间层可包括约160至200tex的玻璃线股层-所述玻璃线股是平行的并且垂直于粗纱定向，和/或包括以约50至80g/m2的克重呈所有定向的松散施加的长约50mm的裁切玻璃纤维层。有利地，根据本发明的模制加强件可以具有介于400与1800g/m2之间的克重。这是模制加强件的厚度与其在模制前的变形能力间的良好折衷。举例而言，利用五个每厘米 2400tex的粗纱，可实现1200g/m2的克重。根据另一方面，本发明提供一种制造这种模制加强件的方法，包括以下步骤a)将多个平行的玻璃线股粗纱并排放置在支承件上，以形成构成加强层的玻璃线股粗纱的垫纱，b)在加强层上放置具有热熔性表面的化学纤维的网，以构成联接层，c)执行轻针刺操作，以使联接层中具有热熔性表面的纤维部分刺入加强层，d)加热整个组件，以使温度高到足以软化具有热熔性表面的纤维并使它们呈粘性，f)冷轧该组件。在具有两个联接层的加强件的情况下，在步骤a)中，在支承件上放置用以构成第二联接层的具有热熔性表面的化学纤维的第二网，然后将玻璃线股粗纱放置在第二联接层上；在步骤c)中，执行双面轻针刺操作。在具有中间层的加强件的情况下，在步骤a)与步骤b)之间在加强层上安放中间层的预切割的玻璃线股或纤维。优选地，在轻针刺步骤期间，使用这样的针，S卩，该针的驱动针爪(齿状部，芒状部，beard)定位在平行于玻璃线股粗纱的线股方向的直径平面内。这样，可避免玻璃线股断裂，并且可保证所获得的加强件将给由这种加强件制成的复合材料制品提供大的机械强度。
本发明的其他目的、特征和优点将会从下文结合附图对特定实施例的描述而显现，在附图中-图1是根据本发明第一实施例的模制加强件的纵向剖面的示意图；-图2是连续玻璃线股粗纱的部分分解的示意性透视图；-图3是连续玻璃线股的透视图；-图4是轻针刺操作期间的图1中的模制加强件的纵向剖面的示意图；-图5是根据本发明的一个实施例的模制加强件的示意性透视图；-图6示出针的驱动针爪在轻针刺操作期间的定向；-图7是根据本发明另一实施例的模制加强件的纵向剖面示意图；和-图8是根据本发明另一实施例的模制加强件的纵向剖面的示意图。
具体实施例方式在图1和5中所示的第一实施例中，根据本发明的模制加强件1包括两个纤维层， 即一个加强层2和一个联接层3。加强层2包括玻璃线股粗纱(玻璃线股的粗纱，由玻璃线股构成的粗纱)，例如粗纱加、213、2(3 (图5)，这些粗纱是平行的并且作为粗纱的单一厚度并排安置在垫纱中。作为示例，图2描绘了由这种线股例如大致互相平行的线股20a、20b、20c形成的束或粗纱加。在粗纱加内，连续线股20a、20b、20c通常互相接触。图2示出部分地分解的粗纱2a，线股20a、20b、20c在该图的右部互相散开，以提供对该粗纱的结构的更好的理解。 在模制加强件中，线股20a、20b、20c保持互相接触。为了获得良好的机械抗拉强度，将有利地选择取自卷筒或“纱架”的连续玻璃线股 20a的组件(图3)。所述线股由长丝例如长丝200a、200b、200c-其单位直径介于约14 μ m 与约17 μ m之间-的组件形成。通过组装约50个玻璃长丝，玻璃线股20a、20b、20c的单位支数的范围例如可在40与SOtex之间。连续玻璃线股20a、20b、20c事实上由足以使它们不会在根据本发明处理和使用期间断裂的量的长丝组成，应指出，通常保持在它们离开制造模具时的尺寸的单个长丝单独以这种方式处理和使用时过于脆弱。作为替换，为了实现在模制步骤前展开模制加强件1的可能性，所选择的粗纱将有利地是长约IOcm至IOOcm的裁切玻璃线股的粗纱，所述线股可相对于彼此纵向移动以使它们重叠，每个线股保持由长丝的组件形成。这种线股长到足以保证通过模制该模制加强件1而生产的复合材料制品具有良好的机械特性，并且该展开能力提高了适合覆盖已存在的物体例如管的外表面或内表面的性能。此实施例例如允许用于对地下管道进行修理。联接层3包含具有热熔性表面的纤维部分3a。具有热熔性表面的纤维部分3a可由具有足够低的熔点和良好的附着到加强层2 的玻璃线股20a、20b、20c上的特性的任何材料制成。作为替换，具有热熔性表面的纤维部分3a可为双组分化学纤维，包括由聚酰胺、 聚酯或聚丙烯制成的中央芯和由共聚多酯、聚乙烯或具有低于中央芯的熔点的任何其它材料制成的外皮。利用由聚酯制成的中央芯和由共聚多酯制成的外皮，或者由聚丙烯制成的中央芯和由聚乙烯制成的外皮，可实现良好的结果。可以以共轴双组分纤维的形式使用其他成对材料聚丙烯和共聚聚丙烯，聚丙烯和乙烯醋酸乙烯酯。由于双组分纤维的中央芯具有高于外皮的熔点，所以避免了在模制加强件1的制造期间意外地完全熔化具有热熔性表面的第一纤维部分的风险。还有效地限制了下述风险热熔性纤维部分因为在进行加热以制造模制嵌件1的步骤期间的过度或不受控的加热而完全熔化，从而通过其组成材料在加强层2的上、下表面上的扩散蔓延而形成均勻层或树脂不能透过的层。双组分纤维的芯不会被破坏(或者仅很少地被破坏)并且因此维持了联接层3的特性。此外，使用具有外皮和中央芯的热熔性表面的双组分纤维意味着能够减少模制加强件1的聚烯烃含量。这是有利的，因为树脂与聚烯烃不是特别兼容的。在联接层3中具有热熔性表面的纤维部分3a当中，至少一些-例如图1中的刺入部分3b-在它们的长度的一部分上刺入加强层2并且部分地互相附着且附着于加强层2的玻璃线股20a、20b、20c。纤维的刺入部分北在模制加强件1的表面上均勻地分布、例如以每平方厘米模制加强件5至10个部分的表面密度分布，并且给整个组件提供凝聚性，同时维持模制加强件 1的可变形和柔性特性。根据本发明的模制加强件1可以以连续条带的形式生成，该条带作为很长的卷筒被包装。在这种连续条带中，粗纱h、2b、2c由连续的玻璃线股20a、20b、20c形成，并且沿该条带的长度方向或翘曲方向定向。例如，将玻璃线股粗纱的垫纱放置在平坦的支承件上以构成加强层2，将具有热熔性表面的纤维的网放置在加强层2上以形成联接层3。对由此获得的整个组件进行轻针刺操作，该针刺操作使联接层的具有热熔性表面的纤维部分3a的至少一些北刺入加强层2，将整个组件加热到足够高的温度，以使具有热熔性表面的纤维的刺入部分北的热熔性部分软化，并确保它们在冷却后附着到加强层2的玻璃线股20a、20b、20c上。图4示意性地示出轻针刺操作并示出用于预针刺的针8，该针8驱动具有热熔性表面的纤维的刺入部分北以使它们刺入加强层2。所执行的轻针刺操作例如实现每平方厘米约5至10个穿孔的穿孔表面密度。应将该密度与通常实现至少10倍高的密度的针刺方法相比较。轻针刺操作使得可以在根据本发明的模制加强件的制造期间实现高产量。如图6所示，在轻针刺操作期间，驱动针爪例如针8的针爪8a和8b定位在包括该针的轴线并且平行于玻璃线股粗纱例如粗纱加的线股方向D的直径平面内。作为针8在针刺期间的轴线移动(箭头8c)的结果，针爪8a和8b穿过粗纱2a，以便在不使线股20a、 20b、20c (图2)断裂的情况下分离它们。所执行的轻针刺操作足以确保粗制的模制加强件在它被传递到下一个工位时维持充分的凝聚性，但不足以给模制加强件1提供永久凝聚性并且此加强件仍然不能从针刺机输出以用作加强产品。在轻针刺操作之后执行的加热操作使联接层3中的纤维的刺入部分北的热熔性表面层软化，以使它们呈粘性。已被轻针刺操作的针8驱动的纤维的刺入部分北附着到加强层2的玻璃线股20a、20b、20c上。在冷却之后，模制加强件1的各层2、3因此通过已针刺并结合的纤维联接在一起。模制加强件1然后可被输运。对加热进行调节以使具有热熔性表面的纤维的刺入部分北软化并且使它们呈粘性，但不使它们熔化。现在考虑图8，它示意性地示出本发明的模制加强件的第二实施例。该第二实施例与图1的第一实施例的不同之处在于加强层2的另一表面上还存在第二联接层4。联接层3或4均基于具有热熔性表面的纤维。同样，存在具有热熔性表面的纤维的刺入部分北和4b，这些刺入部分将层2、3和
4结合在一起。现在考虑图7，它示意性地示出本发明的模制加强件的第三实施例。该第三实施例与图1的第一实施例的不同之处在于加强层2与联接层3之间还存在玻璃线股的中间层(由玻璃线股构成的中间层)5。在第一方案中，中间层5包括约160至200tex的玻璃线股层fe，这些玻璃线股是平行的并且垂直于粗纱 、2b和2c、亦即沿纬线方向定向，并且这些玻璃线股横跨加强件的整个宽度是连续的。在第二方案中，中间层5包括由约50mm的裁切玻璃纤维构成的层恥，所述玻璃纤维以约50至80g/m2的克重呈并以所有定向松散地施加。根据图7中示出的第三方案，中间层5包括沿纬线方向的玻璃线股层如和松散施加的裁切玻璃纤维层恥。该第三实施例适合需要沿纬线方向横向加强的应用场合，并且可提高复合材料制品的表面均勻度。同样，存在具有热熔性表面的纤维的刺入部分北，所述刺入部分将层2、3和5结合在一起。示例I)将数个玻璃线股的粗纱放置在平坦的支承件上，将它们以单一厚度平行放置在垫纱中以构成加强层2。玻璃线股由具有约15 μ m的单位直径的40个长丝的组件形成，这些线股具有约50tex的单位支数。粗纱具有MOOtex的支数，并且以每厘米五个粗纱的比
率存在。II)在常规梳理机上形成具有热熔性表面的化学纤维的网。化学纤维的部分由具有聚酯中央芯和由共聚多酯制成的热熔性外皮的双组分纤维制成。由共聚多酯制成的热熔性外皮具有约110°C的熔点。双组分化学纤维具有介于约2但尼尔与约4但尼尔之间的单位支数。
9
III)将具有热熔性表面的化学纤维的网放置在加强层2上。IV)使用传送带将由此生产的粗制的模制加强件引入针刺机。针密度为10/cm2。 针刺入的深度为12mm。带的行进速度为20m/分钟。VI)在轻针刺操作之后，以20m/分钟的行进速度将粗制的模制加强件引入包括长 12米的加热部的通气炉(four aair traversant)。该通气炉的温度为约120°C。VI)在离开通气炉时，将模制加强件1冷轧至其约4至5mm的最终厚度。模制加强件1的克重介于400与1800g/m2之间。根据本发明的模制加强件1可有利地应用于长的复合材料构件-特别是风轮机叶片-的制造。本发明并不局限于所明确描述的实施例，而且包括被包含在随后的权利要求的范围之内的实施例的变型和概括。
权利要求
1.一种由基于纤维的垫纱制成的模制加强件(1)，包括-第一纤维层(2)，-由具有热熔性表面的纤维部分(3a)制成的至少一个联接层(3)，该至少一个联接层联接到该第一纤维层(2)，-所述具有热熔性表面的纤维部分(3a)中的至少一些(3b)在它们的长度的一部分上刺入该第一纤维层O)，并且部分地互相附着以及附着到所述第一纤维层O)的纤维上，其特征在于，该第一纤维层( 包括在垫纱中并排布置的平行玻璃线股O0a，20b， 20c)的粗纱( , 2b，2c)，由此形成加强层。
2.如权利要求1所述的模制加强件，其特征在于，该玻璃线股的粗纱Oa，2b，2c)具有约MOO至4800tex的支数。
3.如权利要求1或2所述的模制加强件，其特征在于，该粗纱Oa，2b，2c)的玻璃线股 (20a, 20b, 20c)由长丝的组件形成，该长丝的单位直径在约14 μ m与约17 μ m之间的范围内。
4.如权利要求1至3之一所述的模制加强件，其特征在于，粗纱Oa，2b，2c)的玻璃线股(20a，20b，20c)具有约40至80tex的单位支数。
5.如权利要求1至4之一所述的模制加强件，其特征在于，纤维的刺入部分以每平方厘米模制加强件5至10个部分的表面密度分布。
6.如权利要求1至5之一所述的模制加强件，其特征在于，该模制加强件包围位于加强层⑵和联接层⑶之间的玻璃线股的中间层(5)。
7.如权利要求6所述的模制加强件，其特征在于，所述中间层(5)包括约160至200tex 的玻璃线股的层( ),这些玻璃线股是平行的并且垂直于该粗纱Oa，2b，2c)定向，该中间层并且/或者包括以约50至80g/m2的克重以所有定向松散施加的长约50mm的裁切玻璃纤维的层(5b)。
8.如权利要求1至7之一所述的模制加强件，其特征在于，该加强层( 联接到单个的具有热熔性表面的纤维的联接层(3)。
9.如权利要求1至7之一所述的模制加强件，其特征在于，该加强层( 联接到两个由具有热熔性表面的纤维制成的联接层(3，4)，所述两个联接层分别布置在所述加强层O) 的一侧。
10.如权利要求1至9之一所述的模制加强件，其特征在于，该模制加强件具有介于 400与1800g/m2之间的克重。
11.如权利要求1至10之一所述的模制加强件，其特征在于，该模制加强件呈被包装成卷筒的连续条带的形式，该粗纱Oa，2b，2c)由连续玻璃线股(20a，20b，20c)形成并且沿该条带的长度方向定向。
12.如权利要求1至10之一所述的模制加强件，其特征在于，该模制加强件呈被包装成卷筒的连续条带的形式，该粗纱Oa，2b，2c)由长10至100cm的裁切玻璃线股Oa，2b，2c) 形成并且沿所述条带的长度方向定向。
13.—种制造如权利要求1至12之一所述的模制加强件的方法，包括以下步骤a)在支承件上并排布置多个平行的玻璃线股粗纱( ，2b，2c)，以形成构成加强层O) 的玻璃线股粗纱的垫纱，b)在该加强层( 上放置具有热熔性表面的化学纤维(3a)的网，以构成联接层(3)，c)执行轻针刺操作，以使该联接层( 中具有热熔性表面的纤维部分(3b)刺入所述加强层O)，d)将整个组件加热到足够高的温度，以使具有热熔性表面的纤维(3a)软化并且使它们呈粘性，f)冷轧所述组件。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在轻针刺步骤c)期间，使用这样的针 (8)，S卩，该针的驱动针爪(8a，8b)定位在与该玻璃线股粗纱Oa，2b，2c)的线股的方向(D) 平行的直径平面内。
15.如权利要求1至12之一所述的模制加强件在制造风轮机叶片或其他长的复合材料构件中的应用。
全文摘要
根据本发明的加强件包括基于连续玻璃线股的平行粗纱(2a)的加强层(2)，以及由具有热熔性表面的纤维部分组成的一个或两个粘结层(3)。该组件通过刺入的纤维部分(3b)加固，该刺入的纤维部分刺入到所述可热熔的表面中，这些纤维部分在它们的长度的一部分上刺入加强层(2)中并且附着到粗纱(2a)的连续玻璃线股上。
文档编号D04H3/004GK102482815SQ201080037011
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月11日 优先权日2009年8月21日
发明者吉尔伯特·肖马拉 申请人:吉尔伯特·肖马拉