专利名称：具有弯曲的纤维束的毛绒层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种毛绒层，该毛绒层展现根据权利要求1的前序部分的包含碳纤维的多个纤维束，以及涉及一种根据权利要求12的前序部分的用于制造这样的毛绒层的方法。本发明还涉及一种根据权利要求11的前序部分的无纺织物或无纺材料。
背景技术：
包含碳纤维的毛绒层尤其适合于作为用于制造在汽车工业中的许多应用中使用的无纺织物或无纺材料的最初结构。最重要的是，它们被用于制造汽车部件。特别地，在例如在RTM程序中利用聚合物或树脂适当地浸溃之后，上述的无纺织物和无纺材料被有利地加工成轻的且在机械上非常有弹性的纤维复合结构，这些结构日益被视为优选且首选的材料。毛绒形成通常涉及经适当的供给装置对毛绒成型机供应具有预定的长度分布的多根单个纤维。例如，这样的毛绒成型机能够被设计为梳理机。毛绒成型机中的适当的功能部件使这些单个纤维缠结起来，使得形成平面结构，被缠结的纤维给予该平面结构足够的内在稳定性以在继续加工毛绒层的同时承受出现的外部机械应力。在梳理机中，布置在圆筒形容器上的工作器或清洁辊被以沿与圆筒形容器相反的方向旋转的方式操作，从而将已经被引入到梳理机中的纤维输送成纤维的随机排列，或使在该随机排列中的纤维缠结。这种重复的加工或转动产生毛绒层，该毛绒层展现足够内在稳定性，以便被从梳理机移走而不受到损害，并且随后被再一次加工。典型的梳理机具有大致上对应于在DIN64118中的规范的结构设计。在另外的步骤中可以将从毛绒成型机移走的毛绒层加工成无纺材料。例如，毛绒层可以是双层的，即，可以将毛绒层一层铺设在另一层上，从而产生具有期望的厚度和适当的总纤维含量的无纺织物，该无纺织物一旦例如经针刺而被硬化，其就可以作为无纺材料被转到另一加工步骤。无纺材料一般不同于常规无纺织物，因为它们已经经历了化学硬化、机械硬化或热硬化。除上文描述的机械程序之外，还可以在空气动力学制造过程中产生无纺织物。纤维，例如在被分离之后，在这里被供给到将它们置于筛筒或筛带上的空气流。筛筒或筛带继续输送以随机排列铺设或无任何规定定向铺设的纤维，同时在筛孔上方的空气被抽真空。在除去空气之后被压实的且在筛子上留下的纤维形成无纺织物。空气动力学无纺织物形成程序尤其适合于用于加工较厚且较少做褶的纤维。替代地，无纺织物还可以在湿制造过程中使用洗涤液诸如水来制造，其中纤维悬浮在洗涤液中并且被供给到筛子，以在该过程期间滤出洗涤液。剩余的纤维层形成无纺织物，该无纺织物甚至可以进一步在适当的干燥步骤中被制备出来。在本发明的框架内，毛绒层与无纺织物之间没有区别。所有的这些结构都在目的是将纤维缠结成展现期望的内在稳定性的平面结构的过程中获得。另一方面，无纺材料通过随后的另外的硬化步骤而区别于无纺织物或毛绒层，如上文进一步描述的。关于所描述的程序的问题是，供给到毛绒成型机的多根单个纤维通常必须经受复杂的机械准备工作。用于该目的的是例如在传统纺织厂中的分解并且准备纤维的松解单元和/或混合单元。尤其是使用碳纤维制造毛绒层还需要碳纤维的复杂的准备工作。例如，可以将碳纤维从碳纤维股移走。为此，首先必须将碳纤维股从线轴移走并且供给到切割装置。在被切割到适当的长度之后，必须通过在很大程度上分离纤维束段中的纤维来分解碳纤维束。在被供给到毛绒成型机中之前，纤维还必须将在毛绒形成过程中进行适当地聚集和计量。仅在该步骤之后，才能将纤维加工成毛绒。然而，不仅所有这些加工步骤相对成本昂贵，而且它们还与在整个程序序列中用于装置的较高维护支出相关联。但是，恰恰是当加工纤维碎片或回收的纤维时，制备毛绒工作变得尤其复杂，因为为了获得在很大程度上隔离的纤维，分解、松解以及有时甚至清洗纤维的几个另外的步骤也成为必要。此外，首要地，使用从现有技术获知的程序来产生毛绒层，这些毛绒层展现随机的并且至多仅部分定向的纤维结构。当基本上可以在梳理步骤中的事实之后仍然将在毛绒中的纤维对齐时，这再一次需要另一程序步骤，这在一方面产生成本，而另一方面必须非常小心地应用梳理步骤，以便不进一步损害毛绒层。然而，对于预定的应用来说，纤维的对齐常常是所期望的，因为它使得可以在毛绒层中限定出一个或更多个机械优选方向。因此，例如，具有限定的优选方向的无纺织物能够被进一步加工成纤维定向的纤维复合材料，并且使用在适当地调整用于负载的应用中。纤维复合物材料在这里被以如下方式使用，即，毛绒层的优选方向被定向成朝向所要吸收的机械力，从而有利地吸收机械力。所述力在这里优选地沿纤维的纵向方向被定向。特别是对于在纤维的纵向方向上展现尤其良好的抗拉强度的碳纤维来说，情况更是如此。
发明内容
本发明的目的是现在提出能够比从现有技术获知的毛绒层更成本有效地制造的毛绒层。特别地，制造毛绒层将需要较少的单独的操作。根据本发明，这涉及在现有技术中仍然由从落纤(tow)或粗纱中拆下的单个纤维制造的碳纤维毛绒层。这样的毛绒层另外被预期展现纤维的适当的定向，使得毛绒层能够具有一个优选地两个或更多个优选方向。特别地，优选方向将允许设置有毛绒层的、用于增强目的的纤维复合材料也相对较佳地应付同样朝所述优选方向的负载。根据本发明，优选方向最初为借助于毛绒成型机产生的毛绒层而设置。然而，这并不是说，无纺织物或无纺材料不能由根据本发明的能够展现至少一个优选方向优选地是几个优选方向的几个这样的毛绒层组成。本发明的目的是还建议用于这样的毛绒层的制造方法，该制造方法产生相对地较低的成本以及需要用于制备碳纤维的较少的技术支出。在本发明中，该目的利用根据权利要求1所述的毛绒层以及根据权利要求12所述的制造方法来实现。此外，在本发明下的目的利用根据权利要求10所述的无纺织物或无纺材料来实现。特别地，在本发明下的目的通过展现包括多根碳纤维的纤维束的毛绒层来实现，其中这些纤维束中的至少几个具有弯曲的行进部，该弯曲的行进部展现在纤维束端部之间的具有第一曲率(Kl)的弯曲的顶点区以及布置在纤维束端部处的具有第二曲率(K2)的至少一个纤维束端部区，其中该第一曲率(Kl)大于该第二曲率(K2)，特别地至少大50%。用于纤维束曲率的可能的代数符号将在这里不作考虑。这些曲率仅涉及曲率的大小。根据本发明，具有弯曲的行进部的每个纤维束能够展现单独的第一曲率(Kl)或单独的第二曲率(K2)。然而，具有弯曲的行进部以展现在测量准确度内均匀的第一曲率(Kl)或第二曲率(K2)的多个纤维束，也位于本发明的范围内。然而，在每种情况下必不可少的是，纤维束展现在相同的纤维束的顶点区具有第一曲率(Kl)并且在相同纤维束的纤维束端部区处具有小于第一曲率(Kl)的第二曲率(K2)的弯曲的行进部。同样地，两个纤维束端部区展现相应的单独的第二曲率(K2)或还在数量上相同的第二曲率(K2)是可能的。顶点区在这里必须被理解为纤维束的展现最大曲率的区域。术语顶点区还将在下文中提出的示例性实施例中被解释。特别地，根据本发明的顶点区包含沿着具有最大曲率的行进部的点。相比之下，纤维束端部区具体地包含相应的纤维束端部的点。 在本发明的框架内，纤维束的曲率根据在纤维束中的所有纤维的平均定向行进部来确定。为了该确定的目的，在纤维束中的纤维依据它们的各个单独的空间位置来获取，其中平均位置根据在纤维束中的各个单独的纤维的可比较的纤维段来计算。特别地，在纤维束中的纤维被紧紧地填塞在圆形截面上的区域中，平均行进部基本上与相对于该截面位于纤维束的中间的纤维的行进部一致。然而，如果使纤维成扇形散开，正如通常即将是在纤维束端部处的情况，通过对各个单独的纤维的所有可比较的纤维段的层进行平均来计算纤维束的平均行进部将是可能的。基于所确立的思想，专家能够计算平均数，从而确定平均行进部。纤维束的弯曲的行进部在纤维束的变化的位置处通常展现不同的曲率。为了确定曲率，用一个圆圈内切在行进部的预定区域上，使得内切圆的圆周线与在对应的位置处的纤维束的行进部切线地相重合。就这点而言，与用于纤维束端部区的第二内切圆相比，用于顶点区的内切圆展现具有较大的第一曲率(Kl)的较小的半径，该第二内切圆具有相对较大的半径但较小的第二曲率(K2 )。根据本发明的解决方案还涉及用于制造毛绒层的方法，该方法包含下列步骤将包含碳纤维的纤维束引入到梳理机中；操作该梳理机，使得这些纤维束不被完全分离成单个纤维，而是使在这些纤维束中的碳纤维与另外的纤维缠结；将毛绒层从梳理机移走。在这里必须对梳理过程进行调整，从而防止被引入到梳理机中的纤维束分解为各个单独的纤维。然而，在这里可以不完全防止单个纤维随同纤维束进入到梳理机中。当被引入时，纤维束可以以可分离的形式存在，或已经与碳纤维和/或其它纤维缠结。特别地，可以使纤维束以尚未被硬化或被进一步处理的纤维的随机排列的形式存在，其中纤维以被部分隔离的方式从纤维束中突出，并且与其它纤维缠结。为了防止在梳理机中纤维束的完全分解，可以调整旋转或工作步骤的数量，或调整由梳理机包含的辊之间的距离。此外，可以对各个单独的辊的表面进行适当地调整，以防止纤维束完全分解成单个纤维。还可想到的是对由梳理机的辊包含的配件进行几何调整。以这种关联以及在本专利申请的框架内，纤维束必须被理解为至少部分地沿基本上平行的方向行进的纤维的聚集体，其中与环境的纤维密度相比，在纤维束中的纤维密度至少部分地升高。纤维束在这方面还能够在视觉上被很好的辨别，因为它们从它们的环境中凸显出来，并且在大多数情况下在视觉上可容易地辨别为纤维束。此外，纤维束还能够展现多根单个纤维的内聚力，这保护纤维束免于在被暴露于机械应力时瓦解成单个纤维。根据本发明的毛绒层的优势在于，在这些纤维束也由毛绒层包含时，纤维不被分解成单个纤维。这给予毛绒层特别的强度，特别地是在涉及沿纤维的纵向方向作用于这些纤维束上的机械应力时。与不进一步相互对齐的分离的纤维相比，这允许纤维束沿它们的纤维行进部的方向吸收外力，达到无疑显著较佳的程度，其中所述外力例如作用于稍后将被制造并且被引入到这些纤维束中的纤维复合材料上的外力。归因于弯曲的行进部，这些纤维束还不仅大致上在纤维束端部区处的纤维行进部的方向上而且还大致上在与顶点区相切的方向上展现优选方向。因此，弯曲的行进部确保纤维束展现不仅关于力吸收的优选方向而且还展现偏离力吸收的另一优选方向。例如，这使得可以制造展现至少一个优选方向而且特别地至少两个优选方向的毛绒层。关于上文的进一步的解释还能够从对图的下列描述收集。因为在制造毛绒层时被引入到梳理机中的纤维不完全分解成单个纤维，而是在该过程中仍经定向梳理而在毛绒层中移动，所以在毛绒层中的各个单独的纤维束被重新定向。梳理过程在这里将纤维束组织起来，使得给它们提供弯曲的行进部。在梳理过程期间，各个单独的纤维束由梳理机中的各个单独的辊的配件的齿捕捉，并且相对于在梳理机中产生的毛绒层的周围纤维移动。在该过程中出现的剪力促使纤维束相对于在它们的环境中的纤维弯曲。弯曲的行进部在这里展现至少两个具有不同曲率的区域。此外，梳理过程部分地分解纤维束，其中各根单独的纤维变成与在毛绒层中的已分离的纤维缠结，而且还与纤维束中的纤维缠结。根据本发明的毛绒层的特别有利的实施例通过如下事实辨别多个弯曲的纤维束的定向是基本上相同的，意味着一个弯曲的纤维束的至少一个纤维束端部区中的行进部与其它弯曲的纤维束的其它纤维束端部区相比具有基本上完全相同的定向行进部。在这里再一次参照由纤维束包含的所有的纤维的平均行进部。特别地当纤维束端部中的一个的平均定向行进部与另一个纤维束的纤维束端部的定向行进部偏离不超过10°时，完全相同的定向被实现。垂直于纤维束的定向行进部延伸的交线在行进部的具有最大曲率的顶点上优选地也展现基本上完全相同的方向，并且能够被利用用于限定出定向。基本上完全相同的定向在这里也被实现，只要这些交线的方向变化不超过10°。作为支持，关于定向的可能的定义也参照附图部分中的解释。在毛绒层的这样的实施例中，有利的是，与不太强定向的毛绒层相比，大部分相同定向的纤维束提高毛绒层能够给予稍后所制造出来的纤维复合材料的毛绒层的强度增强效果。纤维束的定向主要提高对在基本上平行于纤维束端部区的定向行进部的方向上的力的吸收。此外，在垂直于该方向延伸的方向上的稳定性也被提高，因为这基本上对应于在顶点区中的平均纤维行进部的方向。特别地，这对在与顶点区中的最大曲率相一致的区域中的纤维束的平均行进部有效。在该区域展现曲率时，在那里呈现的通常升高的纤维密度也增加在纤维束行进部的切线方向上的强度。在实施例中还能够提供的是，弯曲的纤维束的两个纤维束端部各自展现具有第二曲率(K2)的纤维束区域，其中特别地，两个第二曲率(K2)都比第一曲率(Kl)小，优选地小至少50%。特别地，如果所述两个第二曲率(K2)是基本上等于零，则纤维束的定向增强效果更进一步被提高。这还能够以基本上不等于零的第二曲率(Κ2)来实现，虽然通常在较小的程度上实现。在这种情况下，基本上为零将被解释为意味着第二曲率(Κ2)比第一曲率(Kl)小至少20倍。在实施例中还可想到的是，第一曲率(Kl)将大于相应的纤维束的平均长度的倒数值。这确保顶点区的尤其适当的曲率，特别地，该曲率大于展现这样一个圆圈的曲率，该圆圈的圆周线对应于纤维束的长度。本发明的有利的实施例还能够提供，在毛绒层中的所有的纤维束的至少50%，优选至少90%，尤其优选至少98%展现弯曲的行进部。随着对齐的水平增加，随后要制造的纤维复合材料的逐渐提高的强度能够被实现，该纤维复合材料包含根据该实施例的衬里层。另一个实施例还能够提供的是，在弯曲的纤维束中的一个纤维的两个纤维束端部之间的最短距离小于在顶点区与这两个纤维束端部中的一个之间的最大距离。因此，纤维束端部展现足以给毛绒层提供适当的强度的长度，其中这能够还帮助提高随后要制造的纤维复合材料的强度。在一个实施例中，首先期望的是，纤维束端部展现在很大程度上相互平行的行进部，以从而更进一步提高强度增强效果。这是因为，当纤维束端部展现可比较的定向时，相当多的纤维点精确地指向毛绒层的方向，从而使得可以有利地提高强度。当纤维束端部区在线性定向行进部方面相互偏离至多20°时，出现基本上平行的行进部。尤其有利的实施例还能够提供的是，第二曲率(Κ2)基本上是O。基本上为O在这里应被理解为意味着第二曲率(Κ2)不同于第一曲率(Kl)至少20的系数，意味着大于基于20倍的第一曲率(Kl)的大小计算出的曲率。该类型的较小的第二曲率(Κ2)确保纤维束端部的良好的基本上笔直的行进部，并且使得可以给予毛绒层适当的强度，其中这还帮助提高随后要制造的纤维复合材料的强度。在实施例中，还能够提供的是，4cm2的表面段具有不少于3个纤维束。这给毛绒层提供有利的强度，这还能够帮助提高随后要制造的纤维复合材料的强度。特别地，因为弯曲的纤维束尤其适合于力的定向的吸收，所以力的定向的吸收在随后要制造的纤维复合材料中能够以改善的方式发生。本发明的另一个实施例还能够提供的是，包含碳纤维的多个纤维束不长于15cm，并且特别地不长于10cm。随着长度逐渐缩短，在保持纤维含量恒定的同时在毛绒层中的相对的纤维束含量能够增加。然而，在这里要求也可以使纤维束在优选地一个预定的方向上展现具有适当的定向的纤维束段成为必需，从而获得强度上的指定方向的提高。然而，这还要求的是弯曲的纤维束不下降到最小长度以下，因为否则的话强度增强效果是不充分的。在另一个实施例中，因此可以有利的是，弯曲的纤维束不进一步骤降到约2cm的较小的长度以下。在实施例中，由毛绒层包含的所有纤维的至多5%的份额展现超过15cm的长度也是可能的。有时特别期望纤维展现还包含许多根长于15cm的纤维的分布，因为这使得还可以使用无法确保纤维将被普遍地缩短至小于15cm的再循环程序来用于获得并且提供纤维。
在实施例中，还能够提供的是，在毛绒层中的弯曲的纤维束的平均纤维束长度优选地变化至少100%或甚至超过200%。还可想到的是平均纤维束长度变化至少500%的实施例。特别地，两种实施例都涉及在毛绒层中的多个弯曲的纤维束。使纤维束长度变化还使得可以在毛绒层中提供在被引入到梳理机中之前不经历任何进一步的尺寸选择过程的纤维束。例如，不涉及任何进一步的尺寸选择的、来自于再循环过程的纤维束能够被加工成根据该实施例的毛绒层。碳纤维结构能够在这样的再循环过程中被制备出来，而不进行任何尺寸选择。因此，碳纤维结构能够被随机地切割，使得在能够确保最大长度的同时，不对纤维长度分布或纤维束长度分布作任何进一步调节，从而降低制造支出。另一个实施例还能够提供的是，弯曲的纤维束展现从纤维束中突出并且与未被纤维束包含的其它纤维缠结的多根碳纤维。当这在一方面提高纤维束在毛绒层中的锚固的同时，另一方面还增加在弯曲的纤维束的环境中的毛绒层的纤维含量。这使得能够有利地提高毛绒层和随后用该毛绒层制造的纤维复合材料的强度。本发明的另一个实施例还能够提供的是，从纤维束中突出的碳纤维展现纤维束长度的至多50%的长度度量。这确保纤维仍然变得被充分地锚固在弯曲的纤维束中。另一个实施例还能够提供的是，毛绒层展现不被弯曲的纤维束包含的碳层，并且这些碳层具有不超过Icm特别地不超过O. 5cm的长度。因此，毛绒层还包含相对短的短纤维，这些短纤维可以明显地短于由毛绒层包含的多个纤维束。该实施例还能够提供的是，纤维被从再循环过程获得，该再循环过程不关于纤维或纤维束的纤维长度制备纤维或纤维束。这使得还可以使用再循环过程来制备纤维，这产生相对短的纤维，即，在制备要进行加工的织物时不是特别柔软的纤维。虽然如此，所述制备工作必须确保的是，由织物包含的纤维束不被完全破开，意味着不被完全分离成单个纤维。例如，这能够经由适当的处理持续期间或适当调节的处理强度来实现。优选实施例还能够提供的是，多个弯曲的纤维束包含至少200根，优选地至少500根，并且尤其优选地至少1000根碳纤维。根据该实施例的数量特别地涉及在毛绒层中的多个弯曲的纤维束。因此，毛绒层的依赖方向的强度能够被适当地调节，例如给予随后要制造的纤维复合材料预定的依赖方向的强度。此外，这使得可以使用来自再循环过程的碳纤维织物，这些碳纤维织物通常展现多股，每股包括2000根或以上纤维。在适当的制备过程中，由将被重复使用的织物包含的纤维束被制备出来，使得将股破开至最小数量的纤维。通过在梳理机中的随后的加工，纤维束能够被更进一步地部分地分解，但是不到超过在根据本实施例的毛绒层中留下许多根纤维的程度。尤其优选的实施例能够提供的是，毛绒层展现至多50g/m2，并且不小于10g/m2，优选地在35g/m2与25g/m2之间的单位面积质量(单位面积重量)。这样的毛绒层特别地在汽车工业中是尤其期望的，因为它们在随后要制造的纤维复合材料中展现充分的强度，同时允许在部件的重量上的极大减轻。特别地，根据该实施例的单位面积质量使得能够有效地使用贵重原材料、碳纤维，而同时保证符合对强度的最低要求。因此，在所需的强度与目前重量之间的比率是尤其有利的。在本发明下的目的也在涉及无纺织物或无纺材料的实施例中被实现，该无纺织物或无纺材料展现至少两个根据上文或甚至下文描述的毛绒层的实施例的中的一个实施例的毛绒层，并且所述两个毛绒层特别地被针刺在一起。通过将至少两个毛绒层加工成无纺织物或无纺材料，这些毛绒层的强度增强性能能够再一次被改善。特别地，可以通过将所述至少两个毛绒层相对于彼此适当地定向而使方向优势或定向相关的优势相互适应。例如，可以将一个毛绒层以第一定向布置在无纺织物或无纺材料中，而相对于不同于第一定向的另一个第二定向布置第二毛绒层。所述第二毛绒层使得可以在无纺织物或无纺层内限定几个优选的方向。在这里可以通过针刺所述至少两个毛绒层将弯曲的纤维束相互固定。本发明旨在防止纤维束因针刺而被分解成多根单个纤维。无纺材料的另一优选实施例还能够提供的是，展现根据先前描述的实施例的被针刺用于硬化目的毛绒层。针刺促使由毛绒层包含的纤维变得进一步被缠结，特别地缠结在局面高度上，从而产生局部硬化。如果用充分数量的充分密集的缝线对毛绒层进行针刺，则能够给整个毛绒层结构提供明显提高的强度。无纺织物或无纺材料的另一个实施例还能够提供的是，在毛绒层中的弯曲的纤维束的定向与在另一毛绒层中的弯曲的纤维束的定向偏离至少5°，特别地相差15°、30°、45°、60°、75。或90°的角度。特别地，这使得易于以限定的角度偏差在无纺织物或无纺材料内产生优选的方向。这证明在机动车辆构造中的加工框架内非常有利，因为可以使优选的方向相对于应用适当地适应。本发明的另一个实施例还能够提供的是，至少两个毛绒层被针刺在一起或一个毛绒层被针刺用于硬化目的，其中在Icm2的面积上平均存在至少I次针刺穿刺孔，优选地至少5次针刺穿刺孔。指定的区域涉及经针刺进行加工的毛绒层的区域，该区域优选地代表该毛绒层的整个区域。引入针刺穿刺孔在一方面使该毛绒层硬化，以改善其处理。针刺过程在这里最重要的是产生局部硬化，如上文已经解释的那样。归因于针刺穿刺孔的所选定的密度，该实施例确保局部硬化的数量足够得高，以产生延伸遍及毛绒层的整个选定的区域的硬化。这成为可能，特别地当该毛绒层的均匀分布被分成相应的Icm2的子单位时，每个子单位展现根据该实施例的针刺穿刺孔的数量。此外，针刺穿刺孔在该毛绒层中提供充分数量的开口，以使得能够更加有效地实现用液体树脂或聚合物进行浸溃。这是因为，这些开口使得可以在整个针刺厚度上并且因此如在该实施例中规定的那样在所述毛绒层的整个厚度上有效地传递树脂或聚合物。这缩短毛绒层的浸溃时间，并且因此还缩短包含所述毛绒层的部件的制造时间。本发明的目的的解决方案的进一步的方面还能够提供的是，树脂浸溃的部件展现上文描述的毛绒层、或上文描述的无纺织物、或上文描述的无纺材料，其中所述部件特别地被设计为车辆部件。这样的部件能够独立地或与其它纺织结构相结合地展现所描述的毛绒层、无纺织物或无纺材料。特别地，所描述的将被由与以下结构和/或织物结合的部件包含的毛绒层、无纺织物或无纺材料是可能的，其中所述结构和/或织物被主要供应用以吸收负载。车辆的展现所描述的毛绒层、无纺织物或无纺材料的部件(不被提供用以确保车辆的被动安全性)也是进一步可能的。特别地，这些部件优选地被设计为车辆的外皮的组成部分。可以用树脂浸溃该部件，其中可以实现完全浸溃或甚至仅部分浸溃。此外，树脂浸溃的部件可以被硬化。根据该实施例的树脂浸溃必须还包括适当的聚合物浸溃。将在下文中使用毛绒层、无纺织物或无纺材料以及用于制造根据本发明的毛绒层的制造过程的各实施例，以基于附图详细地解释本发明。所描绘的实施例不代表关于整个要求保护的发明的限制。特别地，在下文中要求保护的特征各自分别独立地并且与上文描述的特征相结合地被要求保护。因此，特征的从本发明的观点来看是适当的每种技术上可能的组合在这里都被要求保护。另外的实施例可以从从属权利要求收集。
示出的是图1是根据本发明的毛绒层的第一实施例的顶视图；图2是根据本发明的毛绒层的第二实施例的顶视图；图3是根据本发明的无纺材料的第一实施例的顶视图；图4是具有例如由上文描述的毛绒层或无纺材料的实施例中的一个实施例包含的那类的弯曲的行进部的纤维束；图5是用于图示由根据本发明的制造方法的实施例包含的各个单独步骤的序列的流程图。出于完整性，在此应该指出的是，这些附图上所示的这些实施例仅是示意性代表。特别地，对于本发明的特定目的的尺寸和比例能够与所描绘的图示中的那些偏离。
具体实施例方式图1展示根据本发明的具有包含碳纤维10的多个纤维束2的毛绒层I的第一实施例。纤维束2各自展现顶点区6和两个纤维束端部区7。在图3上以更多细节解释术语顶点区6和纤维束端部区7。明显的是多个弯曲的纤维束2借助于分离的纤维被锚固在毛绒层I中。在这里纤维能够部分地由毛绒层2包含并且部分地由弯曲的纤维束2包含。因此，毛绒层2由要么不被或要么部分或完全地被弯曲的纤维束2包含的缠结起来的纤维组成。以这种方式，使纤维缠结起来使得可以建立平面结构，即毛绒层1，该毛绒层I在暴露于外部机械影响期间是足够稳定的，以便例如在随后的处理过程中被进一步加工。在实施例中，纤维束2各自展现碳纤维10的百分比，并且能够甚至完全由根据其它实施例的碳纤维10组成。同样地，在毛绒层2中被分离的纤维能够部分或甚至完全由碳纤维10组成。碳纤维10的百分比在这里特别地取决于对毛绒层I的强度要求。如可容易地辨别的，所有的纤维束2展现基本上对齐的定向，即，所有的纤维束2的顶点区6在该图示中指向上，而在该图示中纤维束端部区7指向下或向下倾斜。换言之，顶点区6指向毛绒层I的一侧，而纤维束端部区7指向毛绒层I的相对侧。根据该定向，各个单独的纤维束2的纤维束端部区7基本上相互平行地延伸，或基本上被完全相同地定向，意味着它们均指向毛绒层I的一侧。然而，毛绒层I因此展现高百分比例的纤维，优选地高百分比例的碳纤维10，毛绒层I在其纤维定向上具有优选方向。优选方向在图3上也被更加深入地解释，但是在本示例性实施例中，优选方向可以被视为例如在图示中从上到下移动。各个单独的纤维束2的曲率还促使一定百分比例的纤维优选地一定百分比例的碳纤维10基本上垂直于该第一优选方向延伸。例如，在纤维束2中的至少一定百分比例的纤维在纤维束2的顶点区中在所描绘的纤维束2的布置中水平地延伸，从而限定出另一基本上垂直于上文描述的第一优选方向延伸的优选方向。然而，毛绒层I因此展现至少两个彼此独立的优选方向，这能够在这些优选方向上给予毛绒层特别的强度，特别地如果毛绒层I被一体形成到纤维复合材料中的话。图2展示根据本发明的毛绒层I的第二实施例，与在图1上所示的实施例的不同之处在于，并非由毛绒层I包含的所有的纤维束都展现根据本发明的弯曲的行进部。相反，分离的纤维束具有未以任何更多细节限定或近似直线的行进部。特别地，这些纤维束没有能够展现与在本发明的涵义内的纤维束端部区7的曲率不同的曲率的顶点区6。然而，在所描绘的实施例中，毛绒层I还能够包含没有展现弯曲的行进部的那些类型的纤维束2。可以自由地确定在本发明的涵义内的弯曲的纤维束2与剩余的非弯曲的纤维束2的比率。然而，优选的是，弯曲的纤维束2的数量高于非弯曲的纤维束2的数量。特别地，弯曲的纤维束2的数量超过非弯曲的纤维束的数量85%，优选90%，尤其优选98%。非弯曲的纤维束2能够但不必展现比得上弯曲的纤维束2的组分。特别地，对于一些将被弯曲得比其它纤维束更多的弯曲纤维束2来说，在梳理过程期间产生根据实施例的毛绒层2是可能的。如果各个单独的纤维束2不被弯曲或仅弯曲一点点，则对于它们来说，展现偏离根据本发明的弯曲的行进部的行进部是可能的。基于该实施例，对于弯曲的纤维束2和非弯曲的纤维束2来说，一样源自于相同的纤维源但在将被在梳理机中的加工框架内制造的毛绒层2中展现不同的行进部也是可能的。图3示出根据本发明的由通过合股而制造出来的毛绒层I的两个折叠层(plies)组成的无纺织物或无纺材料的第一实施例。如果无纺织物存在，则无纺织物能够已经通过针刺毛绒层I的两个折叠层而硬化。在实施例中，这两个毛绒层I相对于彼此被布置成使得它们各自的优选方向被相对于彼此转动特定的角度。以这种方式，能够将可以源自于各个单独的毛绒层I的优选方向的强度增强性能以指定方向的方式进行调节。相对布置在这里能够优选地涉及转动15°、30°、45°、60°、75。以及90°的角度。在目前的情况中，这两个毛绒层2的相对布置已经让它们相对于彼此转动了约45°。图4展示具有例如由上文的毛绒层1、无纺织物或无纺材料的实施例中的一个实施例包含的那一种类的弯曲的行进部的纤维束2。纤维束2本身包含多根碳纤维10，但在这里这些仅以小数量示意性地描绘出来。此外，为了更好地视觉上区别，纤维仅以灰色示出。纤维束2优选地展现至少200根碳纤维10，特别地500根碳纤维10，并且尤其优选地至少1000根碳纤维10。纤维束2具有位于两个纤维束端部之间的顶点区6。两个纤维束端部由纤维束端部区7包含。顶点区6和纤维束端部区7两者在附图中均以卵形示意性地描绘。纤维束2的行进部由粗实线指示。为了计算行进部，各个单独的纤维的互相对应的区域的位置被一起平均起来，以确定平均位置。精确的计算取决于各个单独的纤维段的选择或取决于所使用的平均程序。然而，假如对所有的纤维束2使用一致的计算标准，则在这些计算的框架内出现的差异是微不足道的。几种程序是可能的，其中它们必须与技术上的逻辑过程一致。特别地，平均的纤维束行进部必须不抵触如用肉眼估计的大致的纤维束行进部。另外关于本发明并不那么重要的是，如何分别确定顶点区6和纤维束端部区7，假如纤维束端部区7被以技术上的逻辑方式确定并且不与在本发明下面的思想冲突的话。例如，对于确定顶点区6，特别地选择环绕纤维束行进部的展现最大曲率的那点的一个窄区域是有意义的。窄区域在这里能够包含大致在2%与10%之间的整个纤维束长度。同样地，确定也包含相应的纤维束端部的纤维束端部区7是有意义的。纤维束端部区7同样能够包含在2%与10%之间的总的纤维束长度。然而，偏离上文的规定也可以是合理的。用于确定的几种合理的方法可以在确定纤维束2的定向时使用。例如，纤维束的定向能够通过使交叉线(SI)以如下方式延伸通过顶点区6来确定，S卩，使得交叉与顶点区6的行进部垂直地产生，其中交叉穿过顶点区的展现最大曲率的那一点。因此，以这种方式确定的交叉线(SI)的行进部对应于纤维束2的定向。然而，交叉点还能够被选择成使得交叉线(SI)将纤维束划分成两个局部区域。局部区域在这里由各个单独的平面局部纤维束段(在这里未详细示出)构成，这些局部纤维束段相对于交叉线(SI)各自在交叉线(SI)的左边和右边上彼此对置。如果现在对这些局部纤维束段进行选择而使得直接对置的局部纤维束段是同延的或相互偏离不超过例如5%，则交叉线(SI)能够被适当地确定。在这里可能的是，确定交叉线(SI)的行进部涉及对由各个单独的局部纤维束段展现的大小进行区别。作为上文描述的方法的替代，定向还能够对应于纤维束端部7的线性化的行进部，其中纤维束端部7的行进部通过在纤维束端部区7中进行线性回归确定(参见两条直线S2)。定向优选地还对应于直线的行进部(大致上对应于交叉线SI )，所述直线的行进部与以这种方式确 定的两条直线S2在它们的交叉点上相交，从而等分以这种方式确定的两条直线(S2)之间的角度区域。纤维束2的定向优选地对应于标为SI的直线的定向行进部。展现该类型的纤维束2的毛绒层I的定向于是能够通过对所有这些各个单独的定向进行平均来确定。如上文已经指出的，假如明智且统一的程序被用于确定目的，则定向的准确确定是不重要的。图5涉及用于图示出由根据本发明的方法的实施例包含的各个单独的步骤的前进的流程图。基于该流程图，必要的是，用于制造毛绒层I的方法的实施例包含下列步骤将包含碳纤维10的纤维束2引入到梳理机中；操作梳理机20，不使纤维束2被完全分离成单个纤维，而是仍然使在纤维束2中的碳纤维10与在毛绒层I中的其它纤维10缠结；从梳理机移走毛绒层10。在制造方法的另外的实施例中，毛绒层I还能够被加工成无纺织物或无纺材料。针刺、缝合或编织也可以被考虑用于使相互层叠铺设的几个毛绒层I硬化。由毛绒层I包含的弯曲的纤维束2在这里如果受到损害则必定仅部分地受到损害。附图标记I毛绒层2纤维束5顶点区6纤维束端部7纤维束端部区10碳纤维20梳理机Kl第一曲率K2第二曲率
权利要求
1.一种毛绒层(I )，所述毛绒层(I)展现包含碳纤维(10)的多个纤维束(2)，并且其特征在于，所述纤维束(2)中的至少一些具有弯曲的行进部，所述弯曲的行进部展现在纤维束端部(6)之间的具有第一曲率(Kl)的弯曲的顶点区(5)以及至少一个被布置在所述纤维束端部(6)处的具有第二曲率(K2)的纤维束端部区(7)，其中所述第一曲率(Kl)比所述第二曲率(K2)大，特别地至少大50%。
2.根据权利要求1所述的毛绒层，其特征在于，多个弯曲的纤维束(2)的定向基本上是相同的，意味着一个弯曲的纤维束(2)的所述纤维束端部区(7)中的至少一个的行进部与其它弯曲的纤维束(2)的其它纤维束端部区 (7)相比具有基本上完全相同定向的行进部。
3.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，其特征在于，弯曲的纤维束(2)的所述两个纤维束端部(6)各自展现具有第二曲率(K2)的纤维束端部区(7)，其中特别地是，两个第二曲率(K2)都比所述第一曲率(Kl)小，优选地小至少50%。
4.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，其特征在于，所述毛绒层(I)中的所有的纤维束(2)中的至少50%，优选至少90%，尤其优选至少98% 展现弯曲的行进部。
5.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，其特征在于，所述第二曲率(K2)基本上是零。
6.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，其特征在于，包含碳纤维(10)的所述多个纤维束(2)不长于15cm，并且特别地不长于10cm。
7.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，其特征在于，所述毛绒层中的所述弯曲的纤维束的平均束长度优选地变化至少100%或甚至变化超过 200%O
8.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，其特征在于，多个弯曲的纤维束(2)包含至少200根，优选至少500根，并且尤其优选至少1000根碳纤维(10)。
9.根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层，其特征在于，所述毛绒层(I)展现至多50g/m2，并且不小于10g/m2，优选地在35g/m2与25g/m2之间的单位面积质量。
10.一种无纺织物或无纺材料，其特征在于，所述无纺织物或无纺材料展现至少两个根据前述权利要求中的一项所述的毛绒层 (I )，所述至少两个毛绒层(I)特别地被针刺在一起。
11.一种无纺材料，其特征在于，所述无纺材料展现根据前述权利要求1至9中的一项所述的毛绒层(I )，所述毛绒层 (I)被针刺用于硬化目的。
12.根据权利要求10所述的无纺织物或无纺材料，其特征在于，毛绒层(I)中的所述弯曲的纤维束(2)的定向与另一毛绒层(I)中的所述弯曲的纤维束(2)的定向偏离至少5°，特别地相差15°、30°、45°、60°、75°或90°的角度。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的无纺织物或无纺材料，其特征在于，至少两个毛绒层(I)被针刺在一起，或一个毛绒(I)层被针刺用于硬化目的，其中在 Icm2的面积上平均存在至少I次针刺穿刺孔，优选地是至少5次针刺穿刺孔。
14.一种用于制造毛绒层(I)的方法，所述方法包含下列步骤-将包含碳纤维(10)的纤维束(2)引入到梳理机(20)中；-操作所述梳理机(20)，使得不将所述纤维束(2)被完全分离成单个纤维，而是使在所述纤维束(2)中的碳纤维(10)与另外的纤维(10)缠结起来；-将所述毛绒层(10)从所述梳理机(20)移走。
15.一种树脂浸溃的部件，所述部件包含根据权利要求1至9中的一项所述的毛绒层(I)或根据权利要求10至13中的一项所述的无纺织物或无纺材料，其中所述部件特别地被设计为车辆部件。
全文摘要
由具有包括碳纤维的多个纤维束的毛绒层构成的无纺材料，其中所述纤维束中的至少一些具有弯曲的线路，所述弯曲的线路包括在纤维束端部之间的具有第一曲率的弯曲的顶点区以及至少一个位于纤维束端部处的具有第二曲率的纤维束端部区，其中该第一曲率特别地比该第二曲率大至少50%。
文档编号D04H1/4274GK103025494SQ201180032788
公开日2013年4月3日 申请日期2011年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者比吉特·赖特尔, 马丁·登策尔 申请人:西格里碳素欧洲公司