用于制造纤维型坯的方法_3

文档序号:8448392阅读:来源:国知局
构、空气喷射结构或水射流结构,或者是一个机械式分割元件,该机械式分割元件例如是至少一个位置固定的元件的形式,例如是位置固定的刀具,该机械式分割元件或者也可以是至少一个转动的分割盘的形式,该分割盘优选被驱动。在此所述驱动装置可以这样调节和设计,使得所述至少一个分割盘的周向速度与经过纵向分割装置的所述至少一条增强纤维条子的输送速度之间的速度差是可调节的。所述至少一个转动的分割盘的转动方向可以沿所述至少一条细带状条子的输送方向,或者也可以与之反向。在根据本发明的方法中证实有利的是,所述至少一个分割盘的周向速度可以被设置得比经过纵向分割装置的所述至少一条条子的输送速度高2%至15%。特别有利的是,所述至少一个分割盘的周向速度比所述至少一条条子的输送速度高4%至10%。
[0036]在一种优选的实施形式中,如果所述至少一个分割元件是机械式分割元件,那么利用控力的压紧装置以特定的力使所述至少一条条子和所述至少一个分割元件压向彼此。在此所述转动的分割盘可例如与控力的压紧装置相连,利用该压紧装置以特定的力将转动的分割盘压抵在要沿其纵向延伸进行分割的所述至少一条增强纤维条子上。优选使所述至少一条条子通过该压紧装置压抵在所述至少一个机械式分割元件上。借助这种压紧装置可以在使用中在所述至少一条增强纤维条子具有扭转一一例如在所述条子是纱线的情况下即为纱线扭转一一的情况下,避免在扭转区域中横向于纤维方向分割条子。条子横向于纤维方向的局部分割会导致条子断裂,其结果是导致切割过程并进而导致铺放过程的中断。
[0037]在本方法的一种有利的设计方案中,所述至少一条带有粘结剂的增强纤维条子在纵向分割装置中被切割成多于两条的分条子。以这种方式可以这样减少在单个分条子中的长丝数目,使得所述纤维束获得足够小的宽度。这种宽度较小的纤维束的使用又可以实现在由此制成的纤维型坯中或所得到的复合材料结构件中的较高的纤维体积分数。纵向分割装置的分割元件的数目则与所要获得的分条子的数目有关。
[0038]一种同样优选的实施形式是,将所述至少一条条子切割成不同宽度的分条子。所述至少一个分割元件因此可以相对于所述用于对至少一条连续的细带状的增强纤维条子进行侧向引导的装置这样布置,使得所述至少一条条子被居中地或偏心地分成分条子。同样可以在要将一条单个的增强纤维条子分割为三条或更多条分条子的情况下,将所述多个分割元件相互之间或相对于所述用于侧向引导的装置这样布置,使得得到不同宽度的分条子。
[0039]在根据本发明的方法的一种优选的实施形式中,带有粘结剂的增强纤维的多条连续的细带状的条子被喂进并输送给铺放头或布置其上的装置如尤其是纵向分割装置和定长切割单元。条子在此可以是相同或不同的。例如可以所有多条条子都是碳纤维条子。但是,也可以例如将碳纤维条子与玻璃纤维条子相组合。
[0040]如果是将多条带有粘结剂的增强纤维条子输入铺放头,那么存在多个例如筒子架形式的喂料装置,和相应数目的用于侧向引导各条子的装置。在此可以这样引导所述多条条子,使其并排布置,其中各条子可以彼此间隔开或者彼此相接触地布置。纵向分割装置则具有多个分割元件,其数目取决于由并排布置的多条增强纤维条子所要产生的分条子的数目。例如如果要将两条并排布置的细带状纱线条子分别切割为三条分条子,那么该纵向分割装置就具有四个分割元件。
[0041]在另一种实施形式中,在喂进带有粘结剂的增强纤维的多条连续的细带状的条子、即多条增强纤维条子时,可以将其这样借助于合适的引导装置经由第一输送装置输送给纵向分割装置,使得多条条子相互重叠布置,也就是上下叠放。在这种情况下,所述细带状的条子可以一起由相同的分割元件沿纵向切割。例如,对于要将两个细带状纱线条子切割成各三条分条子的情况,所述纵向分割装置于是具有两个分割元件。
[0042]在将所述至少一条增强纤维条子切割成分条子之后,利用第二输送装置将这些分条子输送给定长切割单元。然后利用该定长切割单元将这些在纵向分割装置中所获得的分条子横向于其延伸方向切割成特定长度的、也就是事先设定好的长度的纤维束,其中所得到的纤维束的长度依赖于以之来根据输送速度横向于分条子的延伸方向进行切割的频率,也就是依赖于横向切割的频率。在一种优选的实施形式中,所述定长切割单元与输送装置这样耦合,使得在输送速度改变时,横向切割的频率这样变化,即:使得所得到的增强纤维束的长度保持不变。在另一种优选的实施形式中,可以与输送速度无关地调节横向切割的频率,从而在输送速度保持不变时,能够制成不同长度的增强纤维束。当然本发明也包括所述各调节方案的组合,其中一方面所述输送速度用作横向切割频率的调整参数,但是在输送速度被调整时也能够改变横向切割的频率。由此纤维束的长度可以在根据本发明的方法执行期间发生改变并且例如适配于要制造的纤维型坯的轮廓特征。因此在一种优选的实施形式中,随着时间改变横向切割的频率以改变纤维束的长度。优选的是,分条子由定长切割单元这样切割,使得所得到的纤维束具有1mm至10mm范围内的长度。特别优选的是,纤维束的长度在1mm至75mm的范围内。
[0043]在定长切割单元方面,可以使用已知的用于对纤维束横向于其延伸方向进行切割的装置和方法。这种装置例如包括用于水射流切割或空气喷射切割纤维的装置、用于借助于激光束切割纤维的装置、横向于输送方向地带有例如可气动驱动的闸刀的装置、带有切割辊和对应辊的旋转横切机、或者还有旋转切割刀,其转轴沿分条子的输送方向延伸或者与分条子的输送方向成最大60°、优选最大20°的角。最后的旋转切割刀例如在DE 202010 017 556 Ul或EP-A-2 351 880中得到公开。在一种优选的实施形式中利用所述旋转横切机将分条子定长切割成纤维束,其中刀具在没有向条子的另一侧施加大的反压力的条件下压抵在待切割的至少一条增强纤维条子上。这种做法会在脆性的增强纤维例如在碳纤维或玻璃纤维中导致在受力部位上的脆性断口并进而导致增强纤维条子被工整地定长切割。这种类型的装置例如在 EP-A-1 144 738、EP-A-1 394 295、EP-A-1 723 272 或 WO02/055770中已有描述,对此明确援引其相关的公开内容。
[0044]在一种优选的实施形式中,利用用于输出纤维束的装置将所获得的纤维束从定长切割装置输出。这一点例如可以借助于短输送带来进行。特别优选的是,通过被加载以压缩空气的喷嘴头的喷嘴通道将纤维束从定长切割单元输出。优选在喷嘴头的喷嘴通道中设有用于向喷嘴通道中引入压缩空气的文丘里喷嘴。由此可以以提高的速度将用于制造纤维型坯的纤维束铺放到、也就是喷射到表面上和/或在表面上所铺放的纤维束上。
[0045]所述用于输出纤维束的喷嘴头可以具有用于向喷嘴通道中引入基体材料的装置。在本方法的一种有利的实施形式中,可以借此将颗粒状的基体材料送入到喷嘴通道中,该基体材料与被定长切割的纤维束一起通过喷嘴头排出并且排出或喷射到表面上和/或在表面上所铺放的纤维束上。所述用于引入基体材料的装置例如可以是文丘里喷嘴,该文丘里喷嘴伸入到喷嘴通道内并且通过该文丘里喷嘴将基体材料送入到喷嘴通道中。但是也可以是设置在喷嘴通道中的喷射喷嘴,借助该喷射喷嘴可以喷入液态的基体材料。这样输入基体材料的优点是,在向表面铺放借助于铺放设备所制造的纤维束时,通过基体材料得到纤维束彼此之间和在表面上的更好的相互粘着性并因此得到更好的固定性。同时可以例如在制造纤维型坯时便已输入对于制造复合材料结构件所需的量的基体材料。
[0046]在实施根据本发明的方法时,在改善纤维束相互间和在表面上的相互粘着性并进而固定性方面有利的是,在定长切割单元之后,并且在铺放到表面上和/或在表面上所铺放的纤维束上之前或过程中,对纤维束和在必要时输入的颗粒状或滴状基体材料进行加热。由此例如可以通过将纤维束加热到高于粘结剂熔点的温度,使纤维束所
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