专利名称：连续长丝垫的生产的制作方法
技术领域：
本发明涉及由连续纱线，特别是玻璃纤维纱线形成的垫子的生产，并涉及由这种垫子制成的复合材料的生产。
背景技术：
通常所说的“垫子”是在复合材料中用作加强物的主要产品，并通常包括本身由长丝形成的玻璃纤维纱线。通常，可以区分出两种类型的垫子，也就是切割纱线垫子和连续纱线垫子。
连续玻璃纤维垫子一般用于通过模制(在一个封闭的模具中)生产复合材料产品，具体通过加压模制或者通过注射模制。它们通常通过由输送带连续分布并连续堆叠纱线层而获得，每一层从纺丝头通过将玻璃流拉细成连续长丝形式，然后将长丝集聚成纱线并通过将这些纱线投射到输送带上(同时进行往复或来回运动，以便使纱线覆盖输送带的所有宽度部分)而获得，输送带横向于纱线被投射的方向移动，垫子中纱线的粘合通常通过沉积在纱线上然后被热烘处理的粘合剂提供。
单根纤维的组合被称作“纱线”。一根纱线通常包括5到500根纤维。纱线的组合被称作“粗纱”。一根粗纱通常包括2到50根纱线。
期望生产这样的一种连续玻璃纤维纱线垫子，根据预想的应用其具有略微变化的特性。当这些垫子打算用于通过挤压成型法生产复合材料或用于电应用或用于隔离时，希望使用平垫，其由强力粘合到一起的纱线组成并且纱线之间仅有很小的间隙。然而，当这些垫子打算用于通过注射模制法生产复合材料时，希望使用足够通风并且具体对于给定纱线重量具有或保持足够膨胀的垫子。
本发明更具体地涉及一种用于制造这种产品，即“平”垫和“通风”(或膨胀)垫子的装置。
US4 368 232教导了一种由两层连续纱线形成的垫子，一层来自纺丝头另一层来自线轴或粗纱卷装。在此需要说明术语“粗纱卷装”是一个由粗纱围绕筒子轴线形成的卷装，该粗纱由略微再粘合的基纱线形成。根据该专利的一个特征，来自粗纱卷装的纱线通过一个提供压缩空气的固定喷嘴而分裂。喷嘴在顶部(纱线进口)具有比底部更大的开口。
US3 265 482公开了一种用于将连续玻璃纤维纱线沉积到皮带上的机器。更准确地，该机器使其在皮带的整个宽度上沉积纱线，皮带在机器下方运行。纱线直接来自纺丝头，使得大量的纱线因而可以被沉积到皮带上。如上所限定的垫子在这儿形成。
已经提出了对这种类型制造的改进，例如WO 98/10131，其公开了各向异性垫子的制造，也就是其中纱线大部分具有优选的取向。这改进了一定的机器性能。纱线横向于输送带的“来回”运动允许纱线可以在优选的取向中分布。
US4 158 557公开了一种用于由来自至少一个纺丝头或来自粗纱卷装制造垫子的机器。用于将纱线投射到皮带上的装置横向扫过输送带。这个装置的特点是纱线被投射到输送带上的速度变化。
US4 345 927和US5 051 122公开了这种对投射元件本身改进的同样类型的机器。更准确地，在US4 345 927中设想的方案在于根据所谓“回弹”板的功能将纱线投射到所称的“回弹”板上。优选地，纱线来自纺丝头并由一组辊子控制，然后通过喷嘴类型的装置加速。在这儿同样的，喷嘴和板被驱动横向运动用于将纱线分布到皮带上。这个运动没有确保纱线被均匀分布到皮带上，皮带的边缘部分比皮带中央部分接收更少的纱线。
在US4 948 408中，纱线从纺丝头直接输出，然后绕过一个分配辊，该分配辊赋予纱线垂直于输送带的往复运动。“回弹”板设置在纱线喂料辊的下游，位于输送带的上方。离开该辊的纱线然后击打该板，该板的表面优选为有槽的，以便增大落在输送带上的基纱线(其形成该纱线)的束宽度。
WO02084005教导了一种用于由纱线粗纱卷装制造连续纱线垫子的装置。纱线被牵拉以便退卷该卷装。然而，经验表明通过牵拉退卷粗纱卷装将导致非常频繁的纱线断裂。
发明内容
本发明改善了上述的问题并且允许高速制造连续纱线垫子，同时具有很少的或者甚至没有粗纱断裂。根据本发明，粗纱仅受很小的张力，其减少了粗纱断裂的风险。在本发明的范围中，使用粗纱卷装。因此有可能在与制造卷装不同的场合中应用本发明。粗纱卷装的使用也使其可能实施一种装置，用于制造一种垫子，其比纱线直接用在纺丝头下方所获得的垫子更加紧密。本发明涉及由来自粗纱卷装的连续纱线形成垫子的领域。本发明特别使其有可能更加容易地执行垫子小量生产，例如由昂贵和或/特定的纱线生产垫子。这是因为有可能，例如通过在该装置上结合一个或多个粗纱卷装，由此以具有将在下面提及的有利特点制造有限数量的垫子，然后可以转换到基于其它粗纱卷装，也就是说其它的基纱线的另一生产。这种适应性不能在垫子从纺丝头下方连续生产时获得。
在粗纱不是来自纺丝头而是来自卷装的情况中，粗纱在它们卷绕之前干燥并且在粗纱阶段组成粗纱的基纱线彼此部分地粘合。在退绕粗纱时，基纱线因此被略微粘合，因此在这时存在问题。事实上试图将基纱线以最可能均匀的方式投射到输送带上。这种类型生产遇到的主要困难在于构成围绕粗纱卷绕的纱线(或粗纱)的基纱线分开。使用回弹喷嘴的概念部分地解决了这个问题。然而，粗纱通常从内侧退绕，原则上这是最简单的方法。然而，这个方法在粗纱离开卷装时给粗纱加入了一定的捻度。这削弱了制得垫子的质量，即使设置一个喷嘴用以更好的分裂粗纱也一样。
根据本发明，粗纱从外侧退绕。这样，避免了粗纱加捻，因此基纱线离开卷装时很少接合在一起。此外，一个适当的随后处理导致因此投射到输送带上的基纱线的完全分离。
此外，对来自卷装的粗纱的处理一般在一个卷装退绕时就停止处理。然后必须人为介入以替换“空的”卷装；这比较费时并且因此降低了生产率。因此期望能够自动更换卷装，本发明提出了一种解决方案来解决上述的问题，也就是说同时仍然能够最优的分离基纱线。
本发明涉及一种制备连续纱线垫的方法，纱线来自至少一个投射到输送带上的粗纱，在该方法中-至少一个支撑在心轴上的粗纱筒子从外侧退绕，所述退绕速率通过一个直接作用在粗纱筒子上的电机进行，因此退绕粗纱的线性速度保持恒定；然后
-通过穿过喷嘴的入口然后穿过喷嘴的出口，粗纱穿过一个喷嘴，所述喷嘴也具有至少一个流体的一个横向进口，所述流体主要朝向喷嘴的出口，产生朝向粗纱底部的张力，所述流体也分开该粗纱；然后-形成粗纱的纱线以摆动运动的方式被投射到输送带上。
通过从外侧退绕该筒子，防止了粗纱加捻，从而粗纱在喷嘴中的分开操作也被更加有效地执行。
本发明也涉及一种用于制造垫子的装置，该垫子由来自筒子并被投射到输送带上的连续纱线形成，其包括-至少一个支撑在心轴上的粗纱筒子；-一个使粗纱从该筒子出来的退绕装置；-至少一个粗纱穿过的喷嘴，粗纱穿过喷嘴的入口然后穿过喷嘴的出口，所述喷嘴也具有一个至少一个流体的横向进口，所述流体主要朝向喷嘴的出口，以便产生粗纱的朝向出口的张力；以及-一个将形成粗纱的纱线投射到所述输送带上的装置。
退绕装置一般是一个连接到筒子心轴(如果需要，通过皮带或其它任意的适合传动装置)并使其本身绕轴线旋转的电机。
在粗纱被退绕之后，然后可以越过一个滑轮，测量其在任何时刻的速度，例如通过一个编码器。退绕粗纱的速度因此可以通过连接到由粗纱驱动的滑轮的编码器而被测量。由于该编码器，通过一个驱动筒子电机的自动装置，可改变退绕速度，因此粗纱的速度保持恒定，而与筒子的空状态无关。
具体地，该方法可以按如下所述执行在水平退绕之后，粗纱越过滑轮然后向下发送。通常，粗纱穿过一个位于向下的回转滑轮之前的固定环或孔眼，因此相对于滑轮总是被正确定位，而不用考虑在粗纱离开卷装时粗纱在卷装上的位置。
在所有情况中，对于粗纱必须在穿过喷嘴之前指向下，该喷嘴具有一个基本垂直的位置。当获得这个向下的方向时，粗纱穿过喷嘴的入口然后穿过喷嘴的出口。喷嘴可以是固定的，在这种情况中粗纱然后进入一个将其投射到移动皮带上的投设装置中。投射装置包括一个摆动臂，其可以将纱线横向投射到输送带上。投射装置可以包括一个管(粗纱运行穿过该管)，其以钟表摆轮的方式从一侧摆动到另一侧，以便将粗纱投射到接收皮带的整个宽度上。
优选地，喷嘴由投射装置(摆动系统)携带。在这种情况中，喷嘴的入口基本位于摆动轴线的上方。
至少一个流体进入喷嘴的进口是横向的，位于入口和出口之间。与朝向入口相比流体更容易从出口出来，因为对于流体来说，喷嘴在入口处产生了一个比出口处更大的压力损失。这样的一个压力损失例如可以由开口直径的差异而产生。通常，流体可以是压缩空气，流体的压力例如可以为从2到10巴，更一般地从3到8巴。流体主要指向出口，这意味着超过一半的输入流量通过出口(通常指向下游)离开。进入喷嘴的流体具有两个功能-将粗纱分成其组成纱线；-在粗纱中引入一个轻微的向下张力，具有这样的后果，与向下的方向相流体更加容易向向上的方向离开。
这个流体可以被称作“分裂流体”或“分开流体”。这个流体通常是加压气体，例如压缩空气。通过粗纱仅承受很轻微张力的事实，该张力在喷嘴中由分开流体赋予，有可能高速、很少或不发生粗纱断裂地制造连续纱线垫子。
除了分裂流体以外，喷嘴也可以供应水。所述水首先用于使粗纱变得更重，以便影响其被投射到输送带上的粗纱轨迹(通过增加分裂粗纱的倾角)。作为流体，水也可以用于在粗纱中产生张力。当垂直时粗纱的重量也用于张紧粗纱。除了分裂流体以外，包含活性物质的稀释水溶液或分散液也可以被进入喷嘴中以便浸透粗纱，以便赋予垫子特别的属性，例如形成一层薄的表面膜、或者与加强材料更好的相容。因此，根据本发明，通过直接作用在筒子上的电机施加粗纱的速度。喷嘴中分裂液体的作用和粗纱的重量不会改变粗纱的速度，而仅改变其张力。
通常，喷嘴和筒子之间粗纱张力为50到200克(grams)，更具体地为100到160克。供应喷嘴用于获得这样一个张力的液体或多个液体的压力可以被调节。
有利地，也检测被退绕粗纱直径的任何异常，并且一旦检测到异常就切断粗纱。因此检测到的异常可以是粗纱中的线圈或结头。所述检测可以通过一束连接到光电池的光线实施。使光线恰好在粗纱旁穿过，因此如果没有异常，光线就不会中断。当存在结头或线圈时，这个额外的厚度将中断光线，其触发一个适当的信号或命令，例如激活一个纱线切断器。这个纱线切断器可以沿着粗纱的轨迹被设置在喷嘴的上方。这个纱线切断器可以通过操作工随时激活，或者自动激活，例如当探测到异常时。
该装置也可以包括一个探测粗纱存在的装置，其设置在筒子的下游并位于喷嘴上方。这个探测装置可以是一束连接到光电池的光线。在这种情况中，光线持续照射在粗纱上，因此纱线的缺失将触发一个信号或命令。
如果必须处理特别均匀并且不容易开裂的粗纱，摆动元件可以具有一个回弹板，其被连接到喷嘴并靠近喷嘴的出口。不完全开裂的粗纱然后将撞击在该板上并使其完全开裂，因此基纱线以良好散布和均匀的方式被投射到在下方运行的皮带上。
根据一个实施方式，该装置包括至少两个筒子，其每一个与一个喷嘴连接，并且所述筒子被连续驱动。两组构件然后交替运行以便交替从这两个组连续放出大量的筒子。
根据另外一个特征，探测每个筒子的退绕结束。
因此，在一个装置中任何的筒子结束或异常探测(粗纱中纱线缺失、结头或线圈)可以触发第二装置的运行。
构成基纱线的材料是可纤维化的玻璃纤维，例如E-玻璃纤维或耐碱或AR玻璃纤维，其包含至少5mol％的ZrO2。具体地，使用AR玻璃纤维产生一种连续纱线垫，其有效地加强了粘结基体。
图1显示了一个根据本发明的装置的透视图；以及图2显示了一个根据本发明的装置的顶视图。
具体实施例方式
筒子1通过一个电机19直接驱动，例如通过一个齿皮带20。筒子1放出仍没有分开的粗纱2。粗纱穿过环(或孔眼)3，其作用在于正确地定位粗纱在滑轮4对面。粗纱越过这个滑轮4，以便被送向下。一束光线在位置5处恰好从粗纱旁横向穿过，由此使其可能探测粗纱直径的增大(光线中断通过一个光电池探测，其使粗纱停止退绕并激活纱线切断器7)。粗纱然后穿过一个孔眼6，其开口等于喷嘴8的开口。因此，穿过喷嘴的过粗纱线将由该孔眼6停止。在孔眼6下方是一个纱线切断器7。这个纱线切断器可以随时手动激活或者在位置5处探测到直径过大之后通过一个自动机构激活。在位置9处一束连接到光电池的光线探测粗纱的存在与否。粗纱然后通过入口10穿过喷嘴8，并通过其出口11离开。喷嘴包括一个空气进口12和一个水进口13。空气进口迫使纱线在喷嘴中分成其基纱线，并且粗纱被分成单独的纱线离开喷嘴。喷嘴8在其入口10处被固定到一个板14，该板14本身连接到一个电机15。该电机赋予该喷嘴从一侧到另一侧的摆动运动，以钟表摆轮的方式，其使粗纱下落覆盖在其下方运行的皮带16的宽度。分裂的粗纱被接收在所述的皮带上形成一个连续纱线垫。板14具有另一个喷嘴17，其可以在第一喷嘴不再工作时(卷装空了或存在问题需要停止)取代该第一喷嘴。应该设想出喷嘴17完全相当于一个装置(未示出以便简化视图)，其与刚刚在喷嘴8的例子中描述的相一致(卷装、孔眼、滑轮等等)。举例说明，正常状态下粗纱2的(恒定)线性速度为8m/s，并且根据筒子1的外径，粗纱离开筒子1的角速度从500rpm到2000rpm变化。
当位置9处的探测器探测到粗纱缺失时，则运送粗纱到喷嘴8的各个元件被停止；同时地，这个探测使平行于第一组的另一组元件(串连安装)启动，这些元件送出第二筒子并将另一粗纱送到另一喷嘴17中。这个交替提供了生产中一个相当大的收益，因为这可能使纱线持久地输出到皮带16上。在一个筒子被停止的同时，操作工可以处理停止的邻近筒子—更换它—以便在后台时间中准备第一组元件的喂入。
在每次放空之间由工人介入一个接一个的退绕筒子是不可思议的。因为一个2400特的粗纱卷装，重约24公斤，包含10 000米例如以8m/s退绕的粗纱。这样一次放空需要约20分钟。从工业角度来看，每20分钟一次停止生产由工人介入或者甚至机器人介入以便更换卷装是不能想象的，同时还有每次放空之间几分钟的停机时间。其因此证明了必须连续设置多个装置，以便形成两组平行装置交替工作。
不背离本发明的范围，包含活性物质的稀释水溶液或分散液也可以通过给料13进行。这个溶液然后可以赋予垫子特别的属性，例如形成一层薄的表面膜、或者与加强材料更好的相容性。图2显示了一个从上面看具有两个卷装(1，1’)的装置。粗纱穿过孔眼(3，3’)并然后越过滑轮(4，4’)，其将粗纱向下发送。操作工18靠近两个卷装并且可以快速介入，一只手更换空的卷装，另一只手作用与异常事件。也可能使卷装由一个机器人装置装载。
权利要求
1.一种制备连续纱线垫的方法，纱线来自至少一股投射到输送带上的粗纱，在该方法中-至少一个支撑在心轴上的粗纱筒子从外侧退绕，所述退绕速率通过一个直接作用在粗纱卷装上的电机进行，因此退绕粗纱的线性速度保持恒定；然后-通过穿过喷嘴的入口然后穿过喷嘴的出口，粗纱穿过一个喷嘴，所述喷嘴也具有至少一个流体的横向进口，所述流体主要朝向喷嘴的出口，产生朝向粗纱底部的张力，所述流体还分开该粗纱；然后-形成粗纱的纱线以摆动运动的方式被投射到输送带上。
2.如前述权利要求所述的方法，其特征在于退绕的粗纱速度通过一个连接到由粗纱驱动的滑轮的编码器被测量。
3.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于喷嘴这样阻挡所述流体其朝向入口具有比朝向口更高的压力损失。
4.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于粗纱包括2到50根纱线。
5.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于流体压力在2到10巴之间。
6.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于喷嘴也被喂入水或水溶液或分散液。
7.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于在喷嘴和筒子之间粗纱张力为50到200克。
8.一种用于制造垫子的装置，该垫子由来自粗纱筒子并被投射到输送带上的连续纱线形成，其包括-至少一个支撑在心轴上的粗纱筒子；-一个从筒子放出粗纱的退绕装置；-至少一个粗纱穿过的喷嘴，粗纱穿过喷嘴的入口然后穿过喷嘴的出口，所述喷嘴也具有至少一个流体的横向进口，所述流体主要朝向喷嘴的出口，以便产生朝向出口的粗纱张力；以及-一个将形成粗纱的纱线投射到所述输送带上的投射装置。
9.如前述权利要求所述的装置，其特征在于一个滑轮通过被退绕的粗纱驱动，一个连接到所述滑轮的编码器测量所述粗纱的速度。
10.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于喷嘴由投射装置支撑。
11.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于其包括至少两个粗纱筒子，每一个与一个喷嘴连接。
全文摘要
本发明涉及一种制备连续纱线垫的设备和方法，来自至少一个粗纱的纱线被投射到一个输送带上，在该方法中至少一个支撑在心轴上的粗纱卷装通过外侧放出纱线，所述放出速率通过一个直接作用在粗纱卷装上的电机影响，因此放出粗纱的线速度恒定；然后通过穿过入口并然后穿过喷嘴的出口，粗纱穿过一个喷嘴，所述喷嘴也设置有一个至少一个流体的横向喷射，所述流体主要指向喷嘴的出口，引起一个朝着粗纱底部的张力，所述流体也分开粗纱；并且然后形成粗纱的纱线以摆动运动的方式被投射到所述输送带上。本发明允许高速制造连续纱线垫，只具有很少的或甚至没有粗纱断裂，这归功于这样的事实，粗纱仅承受很轻微的张力，该张力在喷嘴处由分离流体赋予。
文档编号B65H59/38GK1894457SQ200480037570
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月16日 优先权日2003年12月17日
发明者F·勒德雷, E·奥吉耶 申请人:法国圣戈班韦特罗特斯有限公司