纺织半成品的制作方法

本发明涉及一种纺织半成品，其具有至少一个强化层并且具有至少一根保持住单纤维或纤维线束的、构成网眼的连接纤维，所述强化层具有基本上伸展地延伸的、设计为经纤维和/或设计为纬纤维(平行纬)的单纤维或纤维线束。

背景技术：

需要这种产品来制造热塑性的纤维结合结构，这种结构通过在温度作用下进行挤压得以形成。在此，热塑性的基质成分熔化，并且与强化层连接形成高强度的结合材料。因此可能制造复杂的、多维造型的、强度和弹性高的构件。这种制造方案用于许多工业上大批量生产的成型件，尤其是用于船只、飞机和车辆制造中的成型件。

在ep0361796a2中描述了一种可塑形的纺织半成品，其中，大量上下叠放的层分别由彼此并排的、未彼此编织的纤维线构成，并且在这些层中加入了一种基质成分。它可以由热塑性的或者聚酯的树脂、金属或者陶瓷构成，并且以纤维、条带、薄膜式层、编织的或无纺布式的材料的形式被加入。最后，这些强化层和基质成分彼此缝合。

de102008063545a1公开了一种由多层纤维束组成的多轴织物。这些纤维束在一层中直线地并且彼此平行地延伸，并且在每一层内具有彼此不同的朝向。这些纤维束不仅可以由强化纤维或热塑性的纤维组成，或者可以由它们的混合物组成，并且通过热塑性连接纤维彼此连接。因为热塑性的连接纤维由和基质初级成分一样的材料组成，它们都熔化形成统一的结合材料。以这种方式制成的纤维结合材料因此不再包含连接纤维。

在de102012007631a1中提出，如下地构建具有集成的热塑性基质的纺织多层强化结构，即，在多轴织物中的单向取向的强化层之间布置以无纺布的形式存在的热塑性纤维材料。这些强化纤维的还有无纺布的层最后通过连接纤维被固定。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的纺织半成品，从中可以制造出具有高强度和特定属性的结合结构。

该目的由此得以解决，即，提供至少一根热塑性的基质纤维，它通过连接纤维的网眼被固定住，并且在网眼处转向。

首先要阐述几个在本发明的框架内所使用的概念。

根据本发明的纺织半成品是一种半制成品，从中可以通过压力和/或温度的作用在让热塑性的组成成分熔化的情况下制造出纤维结合工件或材料。

强化层赋予半成品和由此制成的工件强度，尤其是在伸展地延伸的单纤维或纤维线束的轴向上的抗拉强度。它们伸展地延伸，并且由此可以承受大的拉力。根据本发明的半成品因此不是编织品，而是优选地为一种针织品。伸展地延伸的单纤维或纤维线束根据本发明设计为经纤维和/或纬纤维(平行纬)。经纤维这个概念是一个由经编的术语中公知的专业概念，并且描述的是在纵向上直线延伸的、被结合到两个网眼长针之间的、而不受它们的网眼或线圈局限的纤维段。纬纤维或平行纬这个概念描述的是在横向上或斜向上延伸的纤维段，它们不受到这些纤维的网眼的局限。作为纬线，这些纤维段在针织品的全部宽度上延伸。作为经纤维和/或纬纤维(平行纬)的构造方式允许这些单纤维或纤维线束作为强化层承受大的力，尤其是拉力。

纤维线束通常包括许多单个的纤维，这些纤维可以相同地或者不同地构成，并且可以由不同的材料制成，从而为这个纤维线束在整体上赋予许多通过相应的纤维线材料施加的特征。

连接纤维会将单纤维或纤维线束保持住并且将它们连接。“保持”意味着，连接纤维至少有助于让相关的纤维在空间上彼此固定住、或者在它们的运动自由度上受限。连接纤维既不穿引过单纤维也不穿引过纤维线束，并且由此不会使它们的结构和强度减弱。连接纤维尤其是可以遮盖住和/或缠绕住纤维，并且因此有助于保持功能。连接纤维可以单独地或者与其他的纤维体系共同协作行使保持功能。

连接纤维构成网眼。根据本发明的半成品的纺织基本结构是经编的基本结构。经编对于专业技术人员来说是常见的，并且为了这种应用场合优选地使用所谓的拉舍尔经编机。

根据本发明提出的基质纤维是热塑性的。热塑性这个概念在本发明的上下文中要理解为一种材料或一种纤维材料的特性，在进一步加工这个半成品的过程中在施加压力和/或温度的情况下熔化，从而制造出结合物。基质纤维在这个过程中完全地或者部分地失去其纤维结构，并且过渡为结合和/或嵌入强化纤维的基质材料。合适的热塑性材料优选地在150到300℃之间的温度内熔化。合适的热塑性聚合物例如有聚酯、聚酰胺或者还有聚丙烯。这些材料可以被加入所有在纺织技术中常见的并且适合用于加工的纤维形式的实施方式中。相反地，强化纤维或强化层的纤维在加工条件下不会熔化，或者顶多熔化很小的部分，基本上保持它们的形状和结构，并且因此对获得的纤维结合结构的纤维强化起作用。

所述热塑性基质纤维通过连接纤维的网眼被固定住并且在这里转向。这意味着，所述基质纤维在经编机中特定地定位。基质纤维因此可以有目的性地如下布置，使得它在熔化时位于理想为位置上，并且得到理想的效果，例如特定并且有目的性地嵌入和/或粘住两个或者多个彼此层叠布置的强化层。

所述现有技术具有两个主要的缺点，本发明意识到这些缺点，并且通过半成品的根据本发明的结构消除了这些缺点。

一方面，现有技术从强化纤维的织物或无纺布出发，这些纤维通常是不稳定的并且材料是不均质的(例如就纤维密度而言)，并且在成品中可能导致特性发生变化的结构。因为这些波动，要将纤维尽可能全部地并且均匀地结合到热塑性的基质成分中也可能会有问题。未完全被基质成分浸泡或渗透的纤维经常构成问题部位和结合材料发生结构断开或破裂的出发点。

第二方面，在现有技术中，强化纤维被连接纤维用针穿过或缝合，在这里可以穿刺过一个基本上构成一个整体的纤维线束并且在它的结构上被削弱。这削弱了获得的结合材料的强度。这种穿刺在所述方法中不规律地进行，并且是无法影响的，所以可能出现对强度的不可预测的、局部波动的损害。

根据本发明提出的经编物结构(有或没有纬线)中连接纤维构成网眼，该结构因为制造原则可靠地避免了单个纤维或纤维线束的刺穿v，从而获得其全部的结构强度。在经编中得以确保的是，连接纤维总是在单纤维或纤维线束之间的自由空间中穿过强化纤维或纤维线束的平面，并且它们因此不被刺穿或穿通。

加入热塑性的基质纤维，从而让它们通过连接纤维的网眼固定住，并且在这里转向，这引起熔化的基质材料相对于强化层及其纤维线束特定并且均匀地布置和定位。由此能够在熔化时构成均质的基质，均质的基质通过短流动路径确保了对所有强化纤维或纤维的可靠且完全的包裹。根据本发明因此可以制造出一种纺织半成品并且由此制造出具有特定的、高的和保持不变的质量和机械负荷能力的纤维结合材料。

在本发明的第一种实施方式中，所述纺织半成品具有强化层。这意味着，它具有仅在一个平面内伸展地延伸的纤维或纤维线束，它们优选地基本上平行延伸，并且因此构成单轴的结构，这种结构赋予了在这个方向上的特别的抗拉能力。至少一种热塑性基质纤维在本发明的这种实施方式中设计为衬纬。

在经编中，纬是在横向上或斜向上延伸的纤维段，它不受这些纤维的网眼的局限。衬纬仅仅在针织品的一部分宽度上延伸。

在本发明的第二种实施方式中提出，纺织半成品具有强化层，并且除了至少一种热塑性的基质纤维以外还具有基本上与强化层的纤维平行延伸的第二热塑性纤维，其中，热塑性的基质纤维在强化层和第二热塑性纤维之间延伸。通过这种基本上平行于强化层的纤维延伸的第二种热塑性的纤维可以提高热塑性的材料在能由半成品中获得的结合材料中的占比。

在本发明的另一种实施方式中，纺织半成品具有至少两个强化层，它们在彼此基本上平行的平面内延伸。当希望在一个方向上有特别大的单轴强度时，这两个强化层的纤维可以基本上彼此平行地延伸。在这种情况下，可能导致连接纤维不固定第二强化层。那么根据本发明可以提出，在要固定的第二强化层的外侧上设计有第二热塑性的基质纤维作为衬纬。

然而通常优选的是，至少两个强化层的纤维彼此围成一个夹角，优选地基本上彼此正交地延伸。以这种方式获得一种在不同的方向上具有高强度的双轴结构。

特别优选的是，当在这种实施方式中，至少一种热塑性基质纤维在两层强化层之间延伸。这起到让所述两个强化层不直接彼此重合的作用，更多的是让它们分别与一种基质纤维有接触，并且可以在熔化时特别均质地被结合到基质材料中。至少一种热塑性的基质纤维可以根据本发明被设计为衬纬。

在一个另外的优选变化方案中，至少一种热塑性的基质纤维优选地主要被引导穿过所述至少两个强化层的纤维线束的交叉区域。它的作用是，在熔化时在这些交叉区域实现纤维的良好的连接，以及纤维恰恰在对于结构性强度重要的交叉点区域很好地嵌入到基质中。

在本发明的另一种实施方式中，连接纤维同样也热塑性地设计，并且在进一步加工半成品的过程中完全地或者部分地熔化成为一个结合工件。那么可以提出，让热塑性的基质纤维和热塑性的连接纤维的熔化温度彼此不同。

在第一种变化方案中，热塑性的连接纤维的熔化温度小于热塑性的基质纤维的熔化速度。借此可以在相应的温度控制中首先实现连接纤维的熔化，此时所述热塑性的基质纤维保持了它的形状。于是，织物的结合松开，并且纤维线可以在更好的柔韧性和适应能力的意义上被推移到挤压模具上。热塑性的基质纤维的熔化在更高的温度下实现，并且纺织结构在这个时间点具有明显更小的张紧力。

在挤压模具具有特殊的几何外形时，有利的是，纺织结合体在基质成分熔化时仍然存在。在这种情况下，要选择一种热塑性的连接纤维，它的熔化温度超过基质纤维的熔化温度。

根据本发明，热塑性的基质纤维可以在连接纤维的网眼之间部分直线地和/或弧形地延伸。

根据本发明可以提出，单纤维或纤维线束包含的纤维从下组中选出：玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、高强度的聚合物纤维以及它们的混合物。优选地，这些纤维或纤维线束可以用市场上常见的纺织机进行加工。

本发明的对象此外还有纤维结合工件或纤维结合材料，可以通过对根据本发明的纺织半成品进行加热和塑型得到。

这些工件由制造方式和构造方式决定具有在材料上和物理上均质的结构，并且能够可靠地重复生产。在很大程度上能排除偶然造成的、因强化层严重或不太严重地受损或热塑性基质占比的波动导致的强度损失。

附图说明

本发明的实施例在下面借助附图得以阐述。其中示出：

图1-3：示意性地示出了三个根据本发明的纺织半成品的结构。

具体实施方式

图1示出了一个根据本发明的、具有两个彼此重叠布置的强化层、也就是经纤维和纬纤维的半成品。它们由直线地并且伸展地延伸的、设计为经纤维2或纬纤维(平行纬)4的单纤维或纤维线束2、4构成。它们基本上彼此正交地延伸，并且共同构成所述强化结构。

通过连接纤维1确保了它们能够保持在一起形成纺织面产物。

热塑性的纤维3构成热塑性的基质成分。它总是在经纤维和纬纤维之间延伸，部分地缠绕连接纤维1的网眼并且由此被固定住，但也被转向。取决于机器设置和对网眼铺设的选择，转向点之间的延伸部分可以是直线的或者弧形的，此外还可以改变这些点之间的长度。由此并且通过选择基质纤维的精密度可以改变基质成分的占比，进而适应图中的具体应用的要求。

由构造方式决定，连接纤维1总是在其单纤维或纤维线束之间的自由空间内穿透强化纤维束2和4的层，从而让它们不因为连接纤维的穿通和穿引而受损。

所示的这种实施方式构成一种稳定的、基本上不会移位的、由准确定位的纺织元素组成的多层结合物。它使得能够以三维的形式进行打皱，并且在熔化时让强化层能够彼此独立地很好地滑动。

为了制造根据本发明的半成品，适合使用具有送经装置和至少3个梳栉的经编机，其中，一个梳栉构成网眼。

这种纺织机的公知生产商例如有karlmayermalimo和liba(目前是karlmayerlibatextilmaschinenfabrikgmbh)公司。

在图1中所示的产品已经在fa.karlmayertextilmaschinenfabrikgmbh公司于1993年利用引纬工艺rs2(3)msun150“18ebj.在经编机上生产过。

材料成分和机器参数：

梳栉1：工作纤维＝连接纤维

丙纶纤维84dtex

铺纬：0-1/2-1//

穿经：全部

网眼密度：7.13m/cm

梳栉2：强化粗纤维，纺织玻璃300tex

穿经：全部

梳栉3：热塑性基质纤维，丙纶纤维110dtex

穿经：全部

纬纤维：强化粗纤维，纺织玻璃300tex

穿经：全部

纺织半成品的平方克重：大约642g/m²。

通过将铺纬l1(梳栉1)与l3反向铺设，使得热塑性的基质纤维(l3)被经纤维(l1)拦住，从而让它在位于l2的2个强化粗纱之下，并且同时每次变换方向都遮盖住纬纤维中的强化粗纱。热塑性基质纤维(l3)的方向变换总是在一行网眼结束以后才进行。在梳栉l3的布置方式的基础上，热塑性的基质纤维总是被铺在l2的强化粗纱和纬纤维强化粗纱之间。

梳栉l1的经纤维(连接纤维)将强化粗纱(l2和纬纤维)和热塑性的基质纤维(l3)连接起来形成平面物品。

通过所选的机器参数和原材料参数可以在纺织半成品中实现大约40％的强化纤维的纤维量占比。

另一种优选的实施方式在图2中示出。相比在图1中所示的结构，在经向5上加入了一种附加的热塑性纤维。由此可以在不考虑作为衬纬的热塑性的基质纤维的情况下提升热塑性材料的占比。经向2上的强化纤维束与纬向4上的强化纤维束几乎成直角地延伸，其中，两个纤维束通过在本实施方式中为热塑性的连接纤维1固定住。因为这种附加的热塑性的纤维5通过热塑性的基质纤维3被保持在纬向4上的强化束和经线2上的强化束之间，所以确保了含有热塑性材料的强化层在其交叉点上的可靠穿透。

尤其是对于在牵拉方向上有拉力负载的应用场合，另一种实施方式可能是符合目的的。根据图3，使用一种没有纬线输入的经编物。据此，存在由经向2上的强化纤维束和经向6上的另一个强化纤维束组成的强化成分，这些纤维束分别位于不同的平面内。作为基质成分的热塑性纤维3在这里也在强化纤维束之间延伸。因为所述热塑性的连接纤维1不固定强化纤维束6，所以加入了另一种热塑性的纤维7作为衬纬。