复合纱及其制造的制作方法

1.技术领域

本发明涉及纱线(yarn)，其包括，例如，诸如玻璃或碳等非热熔性纤维(non-thermofusiblefibres)与诸如聚酰胺纤维等热熔性纤维的共混物。这样的纱线具有很多种工业用途，其中一个用途是其在制造诸如碳纤维复合材料等复合材料中的应用。

2.相关技术

碳纤维复合材料由于其较高的比强度，被越来越多地用于工业上。这些材料包括保留在增强材料基体中的碳增强纤维，所述增强材料基体的一个示例就是各种形式的环氧树脂(epoxy)。理想的是，所述基体在整个增强纤维中均匀一致地分散。传统上，碳纤维被铺设成待制造零件所期望的构造，届时基体以液态形式被分散在纤维中，并例如在高压釜中进行固化。一种替代方案为包括碳纤维和热熔性纤维的复合纱的使用所提供；这种复合纱在零件制造中的使用提供了这样一种优势，即，基体的分散更加均匀。

复合纱、其制造和使用都是从例如us7192634、us20050150593和us2016075061得知的。

技术实现要素：

本发明提供一种制造增强纤维与热熔性纤维(thermofusiblefibres)的混纤纱(comingledyarn)的方法，包括以下步骤：将热熔性纤维丝束从线轴送至混合辊及在所述线轴与所述混合辊之间将所述热熔丝束铺展开；将增强纤维丝束从线轴送至所述混合辊；在所述线轴和所述混合辊之间通过在所述丝束上施加气流以将所述丝束推向第一及第二支撑面而将所述增强纤维铺展开，所述增强纤维于所述第一及第二支撑面上通往所述混合辊；于所述混合辊处结合所述热熔性纤维丝束和增强纤维丝束。

附图说明

下面将通过示例并参考附图对本发明的实施例进行描述。

图1是根据本发明实施例的用于制造混纤纱的设备的第一实施例的侧视图；

图2是图1的局部的立体图；

图3是图1中另一局部的立体图；

图4是根据本发明实施例的用于制造混纤纱的设备的另一实施例的侧视图；

图5是图4的局部的立体图；以及

图6是设备的又一实施例的侧视图。

具体实施方式

现参考图1，粗纱(roving)10是由混合的增强纤维和热熔性纤维制成，增强纤维例如那些由碳、玻璃或芳族聚酰胺纤维(aramidfibres)制成的增强纤维，热熔性纤维用于在由增强纤维和基体纤维制成的复合材料中提供基体。具有热熔性质的基体纤维可以由例如聚酰胺、聚丙烯(polypropelene)、聚酯、聚醚醚酮(polyetheretherketone)、聚苯并双噁唑(polybenzobisoxazole)、或液晶聚合物等材料形成。在本实施例中，所述热熔性纤维为聚酰胺(尼龙)，所述增强、非热熔性纤维为碳。所述增强纤维也可以具有热熔性的材料，只要它们的热熔发生在高于基体纤维的温度下即可，从而，当使用两种纤维产生复合材料时，在所述基体纤维发生热熔融的温度点，所述增强纤维的状态不受影响。

尼龙和碳纤维各自从纯尼龙纤维30和纯碳纤维40的单个丝束(tows)30、40送入，并在混合辊50处形成粗纱10。首先，将尼龙纤维从线轴(spool)32拉出以形成丝束30。随后，丝束30的尼龙纤维从一系列导辊70的上方和下方通过，在此期间，所述纤维被铺展开。另参考图2，在本实施例中，通过使用静电将所述尼龙纤维铺展开。从而，当尼龙丝束30从导辊70上方和下方被拉过时，其通过带电板100。纤维通过板100期间获得的电荷所导致的结果是，由于所述纤维之间的静电排斥，板100上的静电荷会使所述纤维彼此分散。

丝束40的碳纤维被拉出线轴42并由导辊70导向。另外参见图3，通过使用流过丝束40的气流来铺展开丝束40的碳纤维，所述空气流具有分散纤维的作用。在本示例中，所述气流沿横向于丝束40的纤维的长度的方向通过，优选其沿基本正交于丝束40的纤维的长度的方向通过。所述气流具有将丝束40推向支撑面的作用，并且因此具有将所述丝束的纤维分散在那个表面上的作用。所述支撑面横向于所述纤维的长度延伸，并且优选基本正交于所述纤维的长度延伸(因此，基本正交于所述丝束的运动延伸)，在本示例中，支撑面由圆柱形心轴80提供。由另一心轴82提供的另一支撑面82设置于心轴80的上游，气流与所述表面相结合的作用对丝束纤维具有分散效果，这是由所述气流将丝束纤维推向所述表面的结果。所述气流由丝束40运动两侧的空气压力差产生，并且，所述纤维在所述支撑面或表面上的分散程度与丝束40和支撑面80、82区域内的空气压力梯度有关。

产生压力梯度的一种方法是在管道90内施加负气压以产生压力差，由此产生的空气流进入所述管道内(从其外部空气进入)，并且在压力梯度处于其最高处的管道口处安装支撑表面80、82。负空气流及因此负气压的一个特征是在所述纤维发生最大偏离的点处空气流速较高(对于从管道发出正压将不是这种情况，在从管道发出正压的情况下，空气一旦从管道离开，流速将会降低，所述纤维将会偏离所述管道)。

在一替代实施例中，可以从管道90内施加正气压，但然后所述丝束须从支撑面80、82下方通过，而不是在它们上方通过(从表面80、82上方通过如图3所示的构造)，以使所述气流将所述丝束的纤维压靠在所述支撑表面80、82上。如果按照需要，支撑面80、82要设立的位置是位于压力梯度最高处的管道90的口处，则上述修改方案将导致对一些设计修改复杂化的需要。

在一个实施例中，所述尼龙丝束包括72个纤维，其具有约100tex的重量、及在其被拉出线轴32时约1mm的厚度。典型的碳纤维丝束包括具有约200tex的重量的3000个纤维。优选地，两个丝束30、40在于混合辊50处被混合前被铺展成约40mm的宽度，于混合辊50处，72个尼龙纤维与3000个碳纤维混合。由于碳纤维的比重明显高于尼龙纤维的比重，所以，混合后的粗纱(混纱)10中纤维的体积比为约60：40(碳：尼龙)。

虽然尼龙纤维相对较弱，但却在不断开的情况下具有显著的延伸能力(capacityforelongation)(术语“延伸”是用于这样一种能力的本国术语)，有时可达其原始长度的100％，但通常为20％-40％。这种延伸能力意味着尼龙丝束30被以相对较低的拉力(tension)(约0.3n)送入，并且该低拉力与尼龙纤维的相对低密度和高延伸率一起有助于尼龙纤维的静电分散。已经发现，4和20kv之间的电压适于产生尼龙丝束中纤维的适当分散。

相比之下，虽然单个碳纤维的直径通常为约10微米，但是它们坚固、密度大(因此单个相对较重)并且几乎无延伸性，然而很脆弱，因此易于折断。因而，以约3n(大于尼龙的数量级)的拉力将碳丝束拉出。接着，需要压力梯度以具有将纤维分散在支撑面上的效果。因此，那种流动(以及因此产生其的压力梯度)最好在所述丝束区域内处于其最高水平，同时，所述梯度最好随时间保持恒定，以便对纤维施加恒定的分散力，从而减少纤维断裂的数量。为此，可以在管道内使用一个或多个集气室(plenum)或其它中间腔室，以消除所引起的任何压力变化，例如，在由具有旋转叶片的叶轮(impeller)引起的负气压的情况下。

所述混合辊50优选由导电材料制成，其接地，使得所述尼龙纤维所带的电荷在混合点处消散。此外，所述碳纤维的相对导电率也有助于该过程。进一步地，所述丝束从它们各自的线轴上被拉出，并以比混合辊50的运动线速度高的速度被送入所述混合辊，从而为混纱(comingledroving)10受控的张紧状态做好准备(考虑到该混纱包括在该点之前用很大变化的拉力拉出的纤维)。

现在参考图4，下面将对用于执行该方法的装置的另一实施例进行描述，其中，相似的部件用相似的附图标记表示。两个尼龙丝束30a、30b，每一个72个纤维且约100tex，被从各自的线轴(未示出)拉出。上、下丝束30a、30b均从带电板100上方通过，带电板100以上述第一实施例描述的方式使丝束的纤维横向分散。将一些6000个单纤维(filaments)的、约400tex的碳纤维丝束40拉出它的线轴(未示出)。在本实施例中，丝束的分散通过两个不同的气流来实现。另外参见图5，根据本实施例，丝束40穿过第一气流，该第一气流与前述实施例一样，通过将丝束拉向一对支撑面80、82的负气压产生，所述支撑面80、82位于第一管道90的口处，并相对于丝束40和气流的运动方向横向延伸；然后，丝束40穿过第二气流，该第二气流由将已部分分散的丝束40拉向另一对支撑面80′、82′的负气压产生，所述支撑面80′、82′设置于第二管道90′的口处，并且，所述另一对支撑面80′、82′也横向延伸。优选地，所述第一和第二气流由一个或多个真空泵(未示出)产生，以在管道90、90′内产生气流。

上丝束30a的尼龙纤维的静电分散和碳纤维分散的两个独立实例使尼龙和碳丝束在其于混合辊50处合并为单一混纱的点处具有大致相等的分散宽度。然后将混纱的纱线送入另一个混合辊52，在此其与静电分散的尼龙丝束30b结合。特别地，上尼龙丝束30a被送入碳纤维上方的第一混合辊50，而下尼龙丝束30b被从来自于第一混合辊50的第一混纱的纱线下方送入第二混合辊52，从而产生最终的具有更均匀分散的纤维的混纱。牵拉辊(drawingroller)70以较混合辊50、52送至非驱动导辊(un-drivenjockeyrollers)72的速度高的速度将各个丝束送至混合辊50、52，以确保最终混纤纱上受控的张紧状态。此后，将混纱拉至线轴120上，在此对混纤纱进行储存。

图6示出了另一实施例，其包括两个上丝束130a、130b以及两个下丝束130c、130d，其以与前述有关图4相同的方式与中间的碳纤维丝束140结合。