專(zhuān)利名稱(chēng)：加強(qiáng)織物骨架及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種織物骨架，其用于加強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)品一一例如由加強(qiáng) 織物骨架加強(qiáng)的樹(shù)脂(聚酯或其他樹(shù)脂)基體產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
從文獻(xiàn)EP0395548獲知加強(qiáng)織物骨架，該文獻(xiàn)描述了使用兩個(gè)布置在 中心層相對(duì)側(cè)上的織物加強(qiáng)層，中心層由基于具有永久波狀起伏的纖維的 氈構(gòu)成。加強(qiáng)織物層與中心層縫合/編織在一起。
文獻(xiàn)EP0694643描述了一種用于制造復(fù)合產(chǎn)品的織物骨架，該織物骨 架由同樣設(shè)置在提供材料厚度的中心層相對(duì)側(cè)上的至少兩個(gè)加強(qiáng)織物層構(gòu) 成，所述的這些層縫合/編織在一起，所述骨架包括抵靠其至少一個(gè)外表面 的人造纖維覆層，所述覆層通過(guò)將其粘合到合成體的外側(cè)或者通過(guò)與各層 縫合在一起而連接。
縫合/編織技術(shù)是相對(duì)較慢的并且導(dǎo)致生產(chǎn)速率降低到每分鐘3-5米的 量級(jí)，是不能被加速的。
因?yàn)楦鱾€(gè)織物層通過(guò)縫合/編織彼此固定，上述文獻(xiàn)的織物骨架在其表 面上的變形能力不均勻。
另外，在用樹(shù)脂浸漬織物骨架后所獲得的成品中，縫合/編織行的存在 引起了表面外觀上的缺陷。
文獻(xiàn)EP0659922披露了使用兩個(gè)設(shè)置在中心層相對(duì)側(cè)上的加強(qiáng)織物 層，中心層由基于具有永久波狀起伏的纖維的氈構(gòu)成，其中在至少一個(gè)加 強(qiáng)織物層上具有基于化學(xué)纖維的纖維覆層，所述化學(xué)纖維具有永久的巻曲 并且其線(xiàn)密度低于所述中心層纖維的線(xiàn)密度。所述(多個(gè))纖維覆層、加強(qiáng)纖維層與中心層被針刺到 一起。
針刺技術(shù)仍然是慢的，導(dǎo)致與縫合/編織技術(shù)相同量級(jí)的制造速率。還 有，骨架的這些層之間的連接通常是不足夠的。
此外，為了確保待處理產(chǎn)品充分地結(jié)合，必須使用強(qiáng)有力的針刺，這 破壞了玻璃纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的第一個(gè)問(wèn)題是提供一種織物骨架，該織物骨架因?yàn)橹圃?快速所以具有相對(duì)低的成本，并且在用于生產(chǎn)復(fù)合材料或部件時(shí)具有良好 的多方向變形能力。
同時(shí)，本發(fā)明在于提供一種在使用模壓成型、注射成型或真空成型技 術(shù)時(shí)可以容易并均勻地浸漬樹(shù)脂的織物骨架。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種上述類(lèi)型的織物骨架，其可以容易 切割而不會(huì)散開(kāi)。
為了達(dá)到上述以及其他的目的，本發(fā)明提出了 一種可用于生成復(fù)合材
料或部件的織物骨架，包括
-基于由第一類(lèi)型合成材料形成的短切纖維段的中心層，所述短切纖
維段在形成層之前接受使其永久巻曲的處理， -設(shè)置在所述中心層相對(duì)側(cè)上的外層， 其中
-所述外層包括短切化學(xué)纖維段和短切加強(qiáng)纖維段，所述短切化學(xué)纖
維段事先接受在其上形成永久巻曲的處理，
-至少一些所述短切化學(xué)纖維段的長(zhǎng)度的一部分進(jìn)入所述中心層內(nèi)，
—所述短切化學(xué)纖維段包括至少第一短切化學(xué)纖維段，所述第一短切 化學(xué)纖維段包括至少一個(gè)由熱塑性材料形成的表面層，所述熱塑性材料的 熔點(diǎn)低于或等于所述中心層的短切纖維段的熔點(diǎn)，
—所述外層的所述第一短切化學(xué)纖維段至少部分地彼此粘合，并粘合 到所述織物骨架的其它短切纖維段。這種織物骨架在多個(gè)方向上具有良好的變形能力。更特別地，這種骨 架沒(méi)有優(yōu)先的變形方向，并且沒(méi)有阻止變形的方向。本發(fā)明的纖維骨架在 其各個(gè)纖維層之間沿所有方向都被均勻地粘合。
因?yàn)樗龌瘜W(xué)纖維粘合到其穿透的纖維骨架中心層纖維上，所以可以 通過(guò)數(shù)量相對(duì)少的這種穿透中心層的化學(xué)纖維來(lái)確保骨架層的有效的相互 連接。從而，數(shù)量相對(duì)少的化學(xué)纖維的穿透可使用預(yù)針刺或輕針刺一一其 為不太密集的針刺一一的技術(shù)來(lái)完成。預(yù)針刺比縫合/編織快得多，并且避 免了對(duì)加強(qiáng)纖維的破壞，在加強(qiáng)纖維為玻璃纖維時(shí)尤其如此。
當(dāng)用于模制技術(shù)中時(shí)，中心層的短切纖維段的永久巻曲使織物骨架能 夠容易地變形。此外，中心層短切纖維段的永久巻曲在短切纖維段之間保 留了自由空間，因此給骨架賦予了一透氣特征，由此促進(jìn)了在使用模壓成 型、注射成型或真空成型技術(shù)時(shí)的樹(shù)脂流動(dòng)。
外層中的短切化學(xué)纖維段的彼此粘合有效地限制了織物骨架在切割時(shí) 散開(kāi)的風(fēng)險(xiǎn)。尤其避免了對(duì)織物骨架進(jìn)行加強(qiáng)的短切玻璃纖維段的散開(kāi)。
所述化學(xué)纖維具有永久的巻曲，使得均勻的外層能夠例如通過(guò)短切加 強(qiáng)纖維段與短切化學(xué)纖維段的均勻混合物制造。化學(xué)纖維的巻曲避免了由
于它們不同的相對(duì)密度或截面積造成的纖維混合物的"沉淀"。在第一實(shí)施
方式中，因此可以獲得均勻的混合物以形成均勻的外層在外層中，然后
以基本均勻的方式混合化學(xué)纖維和加強(qiáng)纖維。
加強(qiáng)纖維可以是玻璃纖維或植物(大麻、劍麻、亞麻等)纖維。 中心層的短切纖維段可以?xún)?yōu)選地由聚丙烯、聚酯或聚酰胺形成。這是
因?yàn)檫@些纖維坤皮相當(dāng)廣泛地用在紡織工業(yè)中，具有相對(duì)低的成本，容易紡
制和成型以生產(chǎn)具有彈性永久巻曲的短切纖維段。
對(duì)于更規(guī)則的中心層，中心層的短切纖維段可以具有至少兩個(gè)不同的
單一線(xiàn)密度。
存在于外層中的短切化學(xué)纖維段優(yōu)選地截面直徑小于短切加強(qiáng)纖維段 的截面直徑。這種直徑上的不同促進(jìn)了通過(guò)預(yù)針刺過(guò)程沿外層的至少一些 短切化學(xué)纖維的至少部分長(zhǎng)度拖拽和穿透到中心層內(nèi)。在預(yù)針刺期間，選擇成拖拽短切化學(xué)纖維段的針具有小的截面，以便于它們不會(huì)拖拽短切加 強(qiáng)纖維段，如果拖拽也拖拽得不多。這防止了對(duì)所述織物骨架進(jìn)行加強(qiáng)的 易碎的短切加強(qiáng)纖維段的破壞，在加強(qiáng)玻璃纖維的情形中尤其如此。
所述外層的第一短切化學(xué)纖維段優(yōu)選地由熔點(diǎn)低于所述中心層的短切 纖維段的熔點(diǎn)的熱塑性材料形成。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述外層的第一短切化學(xué)纖維可 以由聚乙烯形成。
聚乙烯是一種在紡織工業(yè)中非常廣泛使用的材料，具有相對(duì)低的成本 并具有低的熔點(diǎn)。其以低的能耗提供熱粘合。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，其可以提供
-所述外層的第一短切化學(xué)纖維段是雙組分短切纖維段，所述雙組分
短切纖維段具有由第 一組分形成的中央芯和由第二組分形成的外皮， -所述中央芯的第一組分的熔點(diǎn)高于所述外皮的第二組分的熔點(diǎn)。 這種雙組分纖維的使用實(shí)現(xiàn)了將它們連接到中心層的熱粘合而沒(méi)有對(duì)
外層造成明顯的或偶然的破壞的風(fēng)險(xiǎn)僅有雙組分纖維的外皮被軟化并參
與熱粘合，它們的芯部保持未損壞并且保留了其機(jī)械特性。
在某些情況下，尤其是在加強(qiáng)玻璃纖維的情況下，確保外層中加強(qiáng)纖
維與化學(xué)纖維的足夠均勻的混合是相對(duì)困難的。在這種情況下，外層可以
優(yōu)選地以分層的形式制造，包括基本由短切化學(xué)纖維段形成的外部層、基 本由短切化學(xué)纖維段形成的內(nèi)部層和基本由加強(qiáng)纖維形成的中間層。這些 層之間的連接如此地提供預(yù)針刺、預(yù)針刺之后的第一短切化學(xué)纖維段的 表面軟化，外部層的一些化學(xué)纖維穿過(guò)外層的中間層和內(nèi)部層以進(jìn)入織物 骨架的中心層內(nèi)。
該實(shí)施方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于織物骨架的外表面基本由化學(xué)纖維構(gòu) 成。這些化學(xué)纖維的熱塑性材料表面層彼此粘合、從而阻止了在織物骨架 的隨后處理中還沒(méi)有嵌入樹(shù)脂中的加強(qiáng)纖維的散開(kāi)或者破壞。
下面將論述消除化學(xué)纖維內(nèi)部層的可行性。
根據(jù)兩種實(shí)施方式的第一變型，外層中的短切化學(xué)纖維段可以?xún)H包括第一短切化學(xué)纖維段。
可選地，根據(jù)兩種實(shí)施方式的第二變型，外層中的短切化學(xué)纖維段可 以包括第一短切化學(xué)纖維段與第二短切化學(xué)纖維段的混合物。形成第二短 切化學(xué)纖維段的材料的熔點(diǎn)高于形成第一短切化學(xué)纖維段的熱塑性材料的 熔點(diǎn)，并且價(jià)格遠(yuǎn)低于形成第一短切化學(xué)纖維段的化學(xué)纖維的價(jià)格。例如， 第二短切化學(xué)纖維段由聚酰胺或聚酯形成。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提出了一種制造可用于生產(chǎn)復(fù)合材料或部件的織
物骨架的方法，包括如下的相繼步驟
a)提供基于由第一類(lèi)型合成材料形成的短切纖維段的中心層，所述短 切纖維段在形成層之前接受使其永久巻曲的處理，
b )在所述中心層的相對(duì)側(cè)上設(shè)置外層，所述外層包括短切加強(qiáng)纖維段 和具有永久巻曲的短切化學(xué)纖維段，所述短切化學(xué)纖維段包括至少第一短 切化學(xué)纖維段，所述第一短切化學(xué)纖維段包括至少一個(gè)由第二類(lèi)型熱塑性 合成材料形成的表面層，所述第二類(lèi)型熱塑性合成材料的熔點(diǎn)低于或等于 所述第 一類(lèi)型合成材料的熔點(diǎn)，
c )進(jìn)行預(yù)針刺以使得所述短切化學(xué)纖維段的長(zhǎng)度的一部分進(jìn)入所述中 心層內(nèi)，
d)加熱所述織物骨架以至少使其表面軟化，并使所述短切化學(xué)纖維段 呈粘性。
通過(guò)在紡織工業(yè)中公知并非常廣泛地使用的技術(shù)手段(機(jī)械、設(shè)備等) 可以容易地實(shí)施該制造方法。因此該方法的成本是相對(duì)低的。熱粘合的使 用還可以實(shí)現(xiàn)比通過(guò)縫合/編織或者針刺來(lái)結(jié)合更高的生產(chǎn)率。
在步驟d)期間，加熱可以?xún)?yōu)選地通過(guò)將熱空氣循環(huán)通過(guò)所述織物骨
架來(lái)實(shí)現(xiàn)。該加熱方法提供了所述纖維彼此之間---直到織物骨架中
心 一 一的熱粘合，并且避免了對(duì)所述織物骨架的設(shè)置有包括短切化學(xué)纖維 段的外層的下表面和上表面的強(qiáng)烈加熱。因此，這避免了外層的短切化學(xué) 纖維段的過(guò)渡熔化以及冷卻之后熱塑性材料連續(xù)層的形成一一該連續(xù)層在 所述纖維骨架用于才莫壓成型、注射成型或真空成型技術(shù)中時(shí)將不利于用樹(shù)
10脂良好地浸漬纖維骨架。
可選地，在步驟d)期間，加熱可以通過(guò)高頻^:波輻射或者通過(guò)具有合適波長(zhǎng)的紅外輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)，以軟化所述第一短切化學(xué)纖維段。


本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)從下文通過(guò)參照附圖對(duì)特定實(shí)施方式的描述而顯現(xiàn)，其中
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的織物骨架在其制造期間的縱向截面上的示意性一見(jiàn)圖2是圖l的織物骨架在預(yù)針刺操作期間的縱向截面上的示意性視圖；圖3是圖2的織物骨架在加熱操作期間的縱向截面上的示意性視圖；圖4以透視圖示出了雙組分結(jié)構(gòu)的短切化學(xué)纖維段；以及圖5是本發(fā)明第二實(shí)施方式的織物骨架的縱向截面上的示意性視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出的第一實(shí)施方式中，本發(fā)明的織物骨架l相繼包括三個(gè)織物層21， 3和22。中心層3基于短切纖維段3a，短切纖維段3a由第一類(lèi)型的合成材料制造。短切纖維段3a在形成為層之前已經(jīng)被處理成具有永久巻曲。
為了保證增強(qiáng)巻曲的短切纖維段3 a的彈性的持久性，后面的短切纖維段可有利地由單股纖維制成。
短切纖維段3a可以具有相同的單一線(xiàn)密度。但是，對(duì)于短切纖維段3a來(lái)說(shuō)，為了使中心層3更規(guī)則，具有至少兩個(gè)不同的單一線(xiàn)密度是可行的。因此，中心層3可以包括例如110dTex的短切纖維段3a和70dTex的短切纖維段3a。
在中心層3的相對(duì)側(cè)上設(shè)置有外織物層21和22。在該實(shí)施方式中，外織物層21和22基于短切加強(qiáng)纖維段4和短切化學(xué)纖維段7的混合物。短切化學(xué)纖維段7被預(yù)處理成在其上形成永久的巻曲。外織物層21和22通過(guò)均勻混合短切化學(xué)纖維段7與諸如玻璃纖維或植物纖維的短切加強(qiáng)纖維段4獲得。這種均勻混合物可以通過(guò)適合的刀具iy尋，然后通過(guò)重力沉積到中心層3的兩個(gè)面上。
混合物的均勻性也是短切化學(xué)纖維段7的永久巻曲的結(jié)果，其將一"抓力，，施加到混合物，阻止了由短切加強(qiáng)纖維段4和短切化學(xué)纖維段7的相對(duì)密度或截面的不同而導(dǎo)致的稱(chēng)作"沉淀"的現(xiàn)象。
由含有90 %重量比的短切玻璃纖維段4和10 %重量比的短切化學(xué)纖維段7的均勻混合物制造的外層21， 22獲得了很好的效果。
外織物層21和22的短切化學(xué)纖維段7包括至少第一短切化學(xué)纖維段70,第一短切化學(xué)纖維段70由熔點(diǎn)低于或等于中心層3短切纖維段3a的熱塑性材料制造。在圖l中表示的狀態(tài)中，織物骨架l沒(méi)有被緊固粘合或連接以使其可以被輸送。
織物骨架1一旦設(shè)置了其三個(gè)織物層21， 3和22，就經(jīng)歷圖2中所示的預(yù)針刺處理。在該預(yù)針刺操作期間，針8使每個(gè)外織物層21和22的至少某些短切化學(xué)纖維段7 (包括第一短切化學(xué)纖維段70)的部分長(zhǎng)度進(jìn)入中心層3中?？椢锕羌?的移動(dòng)方向由箭頭12表示，針的移動(dòng)方向與方向12和織物骨架1的表面垂直。
所用的針8具有合適尺寸的倒鉤8a以用于優(yōu)先拖拽短切化學(xué)纖維段7——特別是第一短切化學(xué)纖維段70，而不拖拽外織物層21和22的短切加強(qiáng)纖維段4。實(shí)際上，短切化學(xué)纖維段7——特別是第一短切化學(xué)纖維段70——的直徑小于短切加強(qiáng)纖維段4的直徑。例如，使用大約2-6但尼爾的短切化學(xué)纖維段7和大約最小40Tex的短切加強(qiáng)纖維段4。
應(yīng)該理解的是表示圖1-3中短切纖維段3a， 4， 7和70的線(xiàn)的粗細(xì)度和尺寸不表示短切纖維段3a， 4, 7和70的實(shí)際粗細(xì)度和尺寸。圖1-3中所用的粗細(xì)度和尺寸的目的僅在于使讀者更容易理解各個(gè)纖維3a， 4, 7和70以及織物層21, 3和22之間的不同。
預(yù)針刺與針刺的不同在于織物骨架1以更高的速度在針8之間通過(guò)并且針8的密度更低。示例地，標(biāo)準(zhǔn)針刺的生產(chǎn)速率至多約4米每分鐘，而預(yù)針刺的速率在約8米每分鐘到約20米每分鐘之間。仍然是示例性地，針 刺機(jī)械的針密度通常在每米長(zhǎng)度約1600到32000針之間，而預(yù)針刺機(jī)械的 針密度在每米長(zhǎng)度約900到1400針之間。
每米長(zhǎng)度低的針密度限制了織物層21和22的短切加強(qiáng)纖維段4在針 8 4吏某些短切化學(xué)纖維段7穿過(guò)外層21和22進(jìn)入中心層3時(shí)的斷裂風(fēng)險(xiǎn)， 在加強(qiáng)玻璃纖維4的情形中尤其如此。
預(yù)針刺足以確?？椢锕羌芘鬏斔偷较乱还の黄陂g的結(jié)合力，但不足以 提供織物骨架1的最終結(jié)合力，其在預(yù)針刺之后仍然不能輸送以用作加強(qiáng)產(chǎn)品。
在圖2中所示的預(yù)針刺操作之后，織物骨架1被加熱(圖3)。在該 加熱步驟期間，外織物層21和22的第一短切化學(xué)纖維段70的熱塑性表面 層軟化，并使第一短切化學(xué)纖維段70呈粘性。已經(jīng)由預(yù)針刺中的針8拖拽 的第一短切化學(xué)纖維段70粘合到臨近的外織物層21和22的短切加強(qiáng)纖維 段4，并粘合到臨近的中心層3的短切纖維段3a。在冷卻之后，織物骨架 1的各個(gè)織物層21, 3和22因此通過(guò)針刺和至少部分熱塑性的第一短切化 學(xué)纖維段70的粘合性地結(jié)合的纖維而相互連接。然后可以輸送織物骨架1。 至少部分熱塑性的第一短切化學(xué)纖維段70與外織物層21和22的短切加強(qiáng) 纖維段4以及中心層3的短切纖維段3a的粘合補(bǔ)償了預(yù)針刺的不足以確保 織物骨架1的足夠結(jié)合力，從而使得其可以被輸送。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，中心層3的短切纖維段3a可以是 聚丙烯。聚丙烯容易紡制并且容易成型以制造具有永久彈性巻曲的短切纖 維段。同樣可以使用聚酯或聚酰胺的短切纖維段3a。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，短切化學(xué)纖維段7包括第一熱塑性聚乙 烯短切纖維段70。同樣可以使用熔點(diǎn)低于中心層3短切纖維段3a的熔點(diǎn) 的其它任何材料的第 一 熱塑性短切化學(xué)纖維段70 。
使用聚乙烯是有利的，因?yàn)槠淙埸c(diǎn)低。加熱操作不會(huì)破壞中心層3的 聚丙烯、聚酯或聚酰胺的短切纖維段3a，如果破壞也不是很多，在該情況 下保留了它們所有的物理和技術(shù)特性。另一方面，由預(yù)針刺引入到外織物
13層21和22中的聚乙烯的第一短切化學(xué)纖維段70通過(guò)加熱軟化，并粘合到 織物層21和22中的臨近纖維并且相互粘合。
調(diào)節(jié)加熱，以使得熱塑性的第一短切化學(xué)纖維段70軟化并呈粘性，但 是不熔化。這樣避免了在織物骨架l的上下表面上形成不能滲透樹(shù)脂的均 勻外部層。這種均勻的不能滲透的層會(huì)在后續(xù)的通過(guò)模壓成型、注射成型 或真空成型的成型步驟中不利于織物骨架1很好地浸漬樹(shù)脂。
在本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，為了避免對(duì)樹(shù)脂具有低滲透性 的外部層形成的所有風(fēng)險(xiǎn)，可以y使用雙組分熱塑性纖維作為第一短切化學(xué) 纖維段70，如圖4中所示，其具有中央芯7a和外皮7b，中央芯7a的熔點(diǎn) 高于外皮7b的熔點(diǎn)。
雙組分第一短切化學(xué)纖維段70可以包括聚酰胺、聚酯或聚丙烯的中央 芯7a,以及共聚多酯、聚乙烯或熔點(diǎn)低于中心層3短切纖維段3a熔點(diǎn)的 任何其它材料的外皮7b。特別地，使用聚酯中央芯和共聚多酯外皮、或者 聚丙烯中央芯和聚乙烯外皮已經(jīng)獲得了良好的效果。可以以共軸雙組分纖 維的形式采用其它的成對(duì)材料聚丙烯和共聚聚丙烯；聚丙烯和乙晞醋酸 乙烯酯。
因?yàn)橹醒胄?a的熔點(diǎn)高于外皮7b的熔點(diǎn)，所以避免了織物骨架1制 造期間外織物層21和22的熱塑性第一短切化學(xué)纖維段70的意外完全熔化 的風(fēng)險(xiǎn)。
這也是一種在加熱步驟期間限制下述風(fēng)險(xiǎn)——熱塑性的第 一短切化學(xué) 纖維段70因?yàn)檫^(guò)度或失控的加熱完全熔化、從而通過(guò)其組成材料在織物骨 架1上下表面上的擴(kuò)散遍布而形成對(duì)樹(shù)脂不能滲透的均勻?qū)右灰坏挠行Х?式。雙組分纖維的芯不會(huì)被破壞，如果破壞也很少因此不會(huì)破壞外織物 層21和22。
此外，使用具有外皮7b和中央芯7a的雙組分熱塑性的第一短切化學(xué) 纖維段70減少了織物骨架1的聚烯烴含量。這證明是有利的，因?yàn)闃?shù)脂與 聚烯烴不是特別兼容的。事實(shí)上，樹(shù)脂與聚烯烴纖維的粘合很差。
如果使用雙組分熱塑性的第一短切化學(xué)纖維段70,那么該雙組分熱塑性的第 一短切化學(xué)纖維段70可以?xún)?yōu)選地具有共聚多酯或聚乙烯的外皮7b。 中心層3的短切聚丙烯、聚酯或聚酰胺纖維段3a因此不會(huì)受加熱影響。事 實(shí)上，共聚多酯和聚乙烯的熔點(diǎn)低于聚丙烯、聚酯或聚酰胺的熔點(diǎn)。由此， 可以將織物骨架1加熱到剛好足以軟化雙組分熱塑性的第一短切化學(xué)纖維 段70中的共聚多酯或聚乙烯、而不軟化或以其它方式影響中心層3的聚丙 烯、聚酯或聚酰胺短切纖維段3a的溫度。
在圖5中所示的第二實(shí)施方式中，本發(fā)明的織物骨架l再次包括相繼 的三個(gè)織物層21， 3和22。中心層3的結(jié)構(gòu)與上述圖1實(shí)施方式的中心層 3相同。
在圖5中所示的該第二實(shí)施方式中，不同之處在于外層21和22的結(jié) 構(gòu)。在此情形中，外層21和22是分層的，各包括相應(yīng)的外部層21c或22c、 相應(yīng)的內(nèi)部層21a或22a、以及相應(yīng)的中間層21b或22b。
外部層21c和22c與內(nèi)部層21a和22a基本由化學(xué)纖維——例如圖1 實(shí)施方式的化學(xué)纖維7- —的短切段構(gòu)成(其包括至少第一短切化學(xué)纖維 段70，短切化學(xué)纖維段70包括至少一個(gè)熱塑性材料的表面層)。
中間層21b和22b基本由加強(qiáng)纖維——例如圖1實(shí)施方式的加強(qiáng)纖維 4——構(gòu)成。
在預(yù)針刺期間，針將包括第一短切化學(xué)纖維段70的短切化學(xué)纖維段7 拉過(guò)上述的層、直到它們進(jìn)入中心層3。后續(xù)的加熱將第一短切化學(xué)纖維 段70結(jié)合到其它纖維并且將這些層彼此連接。
在該第二實(shí)施方式的一個(gè)變型中，可以省去內(nèi)部層21a, 22a。 本發(fā)明的織物骨架1可以通it^目繼地包括如下步驟的方法容易地廉價(jià) 制造
a)提供一中心層3，中心層3基于第一類(lèi)型的合成材料的短切纖維段 3a，這些短切纖維段在它們形成層之前已經(jīng)接受了使它們永久巻曲的處理，
b )在中心層3的相對(duì)側(cè)分別設(shè)置外層21和22,外層包括短切加強(qiáng)纖 維段4和具有永久巻曲的短切化學(xué)纖維段7，短切化學(xué)纖維段7包括至少 第一短切化學(xué)纖維段70,第一短切化學(xué)纖維段70具有至少一個(gè)由第二類(lèi)型的熱塑性合成材料形成的表面層7b,第二類(lèi)型的熱塑性材料的熔點(diǎn)低于 或等于第 一類(lèi)型的合成材料的熔點(diǎn)，
c)實(shí)施預(yù)針刺(圖2 )以使每個(gè)外層21和22的短切化學(xué)纖維段7—— 特別是第一短切化學(xué)纖維段70——的部分長(zhǎng)度進(jìn)入中心層3內(nèi)，
d )將織物骨架1加熱(圖3 )以使得至少第一短切化學(xué)纖維段70至 少在表面處軟化并呈粘性。
在加熱織物骨架1的步驟d )之后，可以?xún)?yōu)選地接著一步驟e)來(lái)冷軋 織物骨架l以使其具有恒定的均勻厚度。軋制還促進(jìn)了纖維的壓實(shí)以及纖 維4皮此之間的結(jié)合。
外層21和22的短切化學(xué)纖維段7——特別是第一短切化學(xué)纖維段 70——的直徑優(yōu)選地可以小于短切加強(qiáng)纖維段4的直徑。然后，步驟c) 的預(yù)針刺通過(guò)針8來(lái)實(shí)施(圖2 )，針8具有倒鉤8a，倒鉤8a適于優(yōu)先拖 拽包括第一短切化學(xué)纖維段70的短切化學(xué)纖維段7，但不會(huì)顯著地拖拽更 大直徑的短切加強(qiáng)纖維段4。
在加熱步驟d)期間，織物骨架liiX熱空氣隧道爐9。熱空氣隧道爐 9包括傳送帶11，傳送帶11沿由箭頭13定義的方向使織物骨架1移動(dòng)通 過(guò)爐9。傳送帶ll是穿孔的。熱空氣射流14被引導(dǎo)通過(guò)織物骨架1以對(duì) 其整個(gè)厚度加熱，以使得至少部分呈熱塑性的第一短切化學(xué)纖維段70粘合 到中心層3的短切纖維段3a和外層21及22的短切加強(qiáng)纖維段4。
為了生產(chǎn)依據(jù)圖l-3的實(shí)施方式的織物骨架l，通過(guò)在步驟b)期間的 切割裝置、并通過(guò)重力沉積到中心層3的兩個(gè)表面上來(lái)獲得短切化學(xué)纖維 段7與短切加強(qiáng)纖維段4的均勻混合物。
為了生產(chǎn)依據(jù)圖5的實(shí)施方式的織物骨架1，化學(xué)纖維層21a, 22a， 21c和22c中的每個(gè)通過(guò)梳理機(jī)生產(chǎn)。內(nèi)部層21a和22a (如果存在的話(huà)) 布置在中心層3的兩側(cè)上，在此之后，由切割裝置切割的加強(qiáng)纖維的中間 層21b和22b通過(guò)重力沉積，然后將外部層21c和22c設(shè)置在以這種方式 形成的組件的兩側(cè)上。
在上文所述并在圖1-5中示出的所有實(shí)施方式的第一變型中，外層21和22的短切化學(xué)纖維段7可以?xún)H由第一短切化學(xué)纖維段70構(gòu)成。
在每個(gè)這些實(shí)施方式的第二變型中，外層21和22的短切化學(xué)纖維段 7可由第一短切化學(xué)纖維段70與第二短切化學(xué)纖維段71的混合物構(gòu)成。
選捧第二短切化學(xué)纖維段71,使得其熔點(diǎn)高于第一短切化學(xué)纖維段70 的熔點(diǎn)，并且是比第一短切化學(xué)纖維段70成本更低的材料。例如可以使用 聚酯或聚酰胺的第二短切化學(xué)纖維段71。
首先，使用第一短切化學(xué)纖維段70與第二短切化學(xué)纖維段71的混合 物顯著地降低了本發(fā)明織物骨架的制造成本。例如可以使用含有大約50% -70%重量比的第二短切化學(xué)纖維段71的混合物。
此外，混合物的使用減少了外層21和22中熱塑性材料的量，以避免 在加熱步驟之后于織物骨架1的表面上形成阻止樹(shù)脂透過(guò)的熱塑性材料的 不可滲透薄膜，同時(shí)，由于第二短切化學(xué)纖維段71,混合物具有足夠的密 度、從而可以被傳統(tǒng)的梳理裝置梳理。
應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的織物骨架1——尤其是具有第一短切化學(xué)纖 維段70與第二短切化學(xué)纖維段71的混合物的變型一一已經(jīng)被證明在所謂 的"預(yù)成型"技術(shù)中是具有顯著好處的。
在這種情況下，織物骨架1在制造過(guò)程的步驟d)期間被加熱，使其 具有所需的形狀。其被加熱到剛好足以使所獲得形狀能夠被輸送到樹(shù)脂注 射成型機(jī)，樹(shù)脂注射成型機(jī)的模具與所獲得的形狀對(duì)應(yīng)、并可在樹(shù)脂注射 之前或樹(shù)脂注射期間略強(qiáng)度略微增大地再次加熱織物骨架。
在以形式為第一短切化學(xué)纖維段70與第二短切化學(xué)纖維段71的混合 物的外層21和22預(yù)成型織物骨架1的情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用大約50%重 量比或多于50 %重量比的第 一短切化學(xué)纖維段70是有利的。
示例
I)在傳統(tǒng)的梳理裝置上，通過(guò)具有110dTex的單一線(xiàn)密度的聚丙烯短 切巻曲單絲纖維段3a制造中心層3。短切纖維段3a的切割長(zhǎng)度大約為 卯mm，巻曲為每厘米大約兩個(gè)波形起伏，熔點(diǎn)在大約170。C到18(TC之間。
中心層3的平均厚度為大約4到5mm,以及重量為每平方米大約250克。
為了使中心層3更規(guī)則，具有70dTex的單一線(xiàn)密度的短切巻曲單絲聚丙烯纖維段3a可以與具有110dTex的單一線(xiàn)密度的短切纖維段3a以10%到50%的重量比混合。
II) 在中心層3的每個(gè)表面上沉積由短切化學(xué)纖維段7構(gòu)成的內(nèi)部層21a和22a。
短切化學(xué)纖維段7由混合物構(gòu)成，該混合物包括70% (重量比)由聚酯形成的第二短切巻曲化學(xué)纖維段71和30% (重量比)的雙組分第一短切化學(xué)纖維段70。雙組分第一短切化學(xué)纖維段70具有由聚酯形成的中央芯7a和由共聚多酯形成的熱塑性外皮7b。熱塑性共聚多酯外皮7b的熔點(diǎn)大約為U0。C。
由聚酯形成的第二短切巻曲化學(xué)纖維段71的單一線(xiàn)密度在大約3但尼爾到大約6但尼爾之間，優(yōu)選地選擇成大約3.5但尼爾。
雙組分第一短切化學(xué)纖維段70的單一線(xiàn)密度在大約2但尼爾到4但尼爾之間。
III) 在每個(gè)內(nèi)部層21a和22a上沉積由短切加強(qiáng)纖維段4構(gòu)成的中間層21b和22b。
短切加強(qiáng)纖維段4是短切玻璃纖維段4,單一線(xiàn)密度大約為50Tex，切割長(zhǎng)度大約為50mm。
短切玻璃纖維段4的基本纖維的直徑大約是14微米。中間層21b和22b的密度接近450g/m2。
IV) 在每個(gè)中間層21b和22b上沉積與內(nèi)部層21a和22a組分相同的外部層21c和22c。
V) 輸送帶11將織物骨架1引入到滾子式預(yù)針刺機(jī)中。針的密度是每平方厘米4.6，滾子的間距是20mm，針的穿刺深度是12mm。帶以每分鐘IO米的速度移動(dòng)。
VI) 在預(yù)針刺操作之后，織物骨架1以每分鐘10米的速度通過(guò)具有20米長(zhǎng)的加熱部的熱空氣隧道爐9。熱空氣隧道爐9的溫度大約是120°C。VII) —旦從熱空氣隧道爐9中出來(lái)，通過(guò)冷軋使織物骨架1獲得其最終的厚度，該最終厚度接近于大約4-5mm。
本發(fā)明并不局限于所明確描述的實(shí)施方式，而且包括在隨后權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的變型和概括。
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權(quán)利要求
1.一種織物骨架(1)，其能夠用于生產(chǎn)復(fù)合材料或部件，所述織物骨架包括-基于由第一類(lèi)型合成材料形成的短切纖維段(3a)的中心層(3)，所述短切纖維段(3a)在形成層之前接受使其永久卷曲的處理，-設(shè)置在所述中心層(3)相對(duì)側(cè)上的外層(21，22)，其特征在于-所述外層(21，22)包括短切化學(xué)纖維段(7)和短切加強(qiáng)纖維段(4)，所述短切化學(xué)纖維段(7)事先接受在其上形成永久卷曲的處理，-至少一些所述短切化學(xué)纖維段(7)的長(zhǎng)度的一部分進(jìn)入所述中心層(3)內(nèi)，-所述短切化學(xué)纖維段(7)包括至少第一短切化學(xué)纖維段(70)，所述第一短切化學(xué)纖維段(70)包括至少一個(gè)由熱塑性材料形成的表面層(7b)，所述熱塑性材料的熔點(diǎn)低于或等于所述中心層(3)的短切纖維段(3a)的熔點(diǎn)，-所述外層(21，22)的所述第一短切化學(xué)纖維段(70)至少部分地彼此粘合，并粘合到所述織物骨架(1)的其它短切纖維段(3a，4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的織物骨架(1)，其特征在于，所述中心層 (3)的短切纖維段(3a)由聚丙烯、聚酯或聚酰胺形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的織物骨架(1)，其特征在于，所述中 心層(3)的短切纖維段(3a)具有至少兩個(gè)不同的單一線(xiàn)密度。
4. 4艮據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的織物骨架(1),其特征在于， 所述外層(21， 22)的短切化學(xué)纖維段(7)的截面直徑小于所述短切加強(qiáng) 纖維段(4)的截面直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的織物骨架(1)，其特征在于， 所述外層(21， 22)的第一短切化學(xué)纖維段(70)由熔點(diǎn)低于所述中心層(3)的短切纖維段(3a)的熔點(diǎn)的熱塑性材料形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-4中任一項(xiàng)所述的織物骨架(1),其特征在于 -所述外層(21， 22)的第一短切化學(xué)纖維段(70)是雙組分短切纖維段，所述雙組分短切纖維段具有由第一組分形成的中央芯(7a)和由第 二組分形成的外皮(7b)，-所述中央芯(7a)的第一組分的熔點(diǎn)高于所述外皮(7b)的第二組 分的熔點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的織物骨架(1)，其特征在于 -所述中央芯(7a)由聚酰胺、聚酯或聚丙烯形成，-所述外皮(7b)由熔點(diǎn)低于所述中心層(3)的短切纖維段(3a)的 熔點(diǎn)的熱塑性材料形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的織物骨架(1),其特征在于， 所述外層(21， 22)中的短切化學(xué)纖維段(7)僅包括所述第一短切化學(xué)纖 維段(70 )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的織物骨架(1),其特征在于， 所迷外層(21， 22)中的短切化學(xué)纖維段(7)包括所述第一短切化學(xué)纖維 段(70 )與第二短切化學(xué)纖維段(71)的混合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l-9中任一項(xiàng)所述的織物骨架(1)，其特征在于， 所述外層(21， 22)中的短切化學(xué)纖維段(7)和短切加強(qiáng)纖維段(4)以 基本均勻的方式混合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l-9中任一項(xiàng)所述的織物骨架(1)，其特征在于， 所述外層(21， 22)是分層的，具有基本由短切化學(xué)纖維段(7)形成的外 部層(21c， 22c)、具有或不具有基本由短切化學(xué)纖維段(7)形成的內(nèi)部 層(21a， 22a)、且具有基本由加強(qiáng)纖維(4 )形成的中間層(21b， 22b )。
12. —種制造能夠用于生產(chǎn)復(fù)合材料或部件的織物骨架(1)的方法， 其特征在于，所述方法包括如下的相繼步驟a )提供基于由第一類(lèi)型合成材料形成的短切纖維段(3a )的中心層(3 )， 所述短切纖維段(3a)在形成層之前接受使其永久巻曲的處理，b) 在所述中心層(3)的相對(duì)側(cè)上設(shè)置外層(21， 22)，所述外層包 括短切加強(qiáng)纖維段(4)和具有永久巻曲的短切化學(xué)纖維段(7),所述短 切化學(xué)纖維段(7)包括至少第一短切化學(xué)纖維段(70),所述第一短切化 學(xué)纖維段(70)包括至少一個(gè)由第二類(lèi)型熱塑性合成材料形成的表面層(7b),所述第二類(lèi)型熱塑性合成材料的熔點(diǎn)低于或等于所述第一類(lèi)型合 成材料的熔點(diǎn)，c) 進(jìn)行預(yù)針刺以使得所述短切化學(xué)纖維段(7)、特別是所述第一短 切化學(xué)纖維段(70)的長(zhǎng)度的一部分進(jìn)入所述中心層(3)內(nèi)，d) 加熱所述織物骨架(1)以至少使其表面軟化，并使至少所述第一 短切化學(xué)纖維段(70)呈粘性。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在步 驟d)之后的步驟e)，在所述步驟e)期間對(duì)所述織物骨架(1)進(jìn)行冷 軋。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于 -所述外層(21, 22)的短切化學(xué)纖維段(7)的直徑小于所述短切加強(qiáng)纖維段(4)的直徑，-通過(guò)針(8)實(shí)現(xiàn)步驟c)的預(yù)針刺，所述針(8)具有倒鉤(8a)， 所述倒鉤(8a)適于優(yōu)先拖拽所述短切化學(xué)纖維段(7)、特別是所述第一 短切化學(xué)纖維段(70)，而不顯著地拖拽較大直徑的所述短切加強(qiáng)纖維段 (4)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述 步驟d)的期間，由通過(guò)所述織物骨架(1)的循環(huán)熱空氣進(jìn)行加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于制造復(fù)合材料或部件的織物骨架(1)，包括含有由第一類(lèi)型復(fù)合材料形成的纖維段(3a)的中心層(3)，所述纖維段(3a)在其形成層之前接受使其永久卷曲的處理；包括化學(xué)纖維段(7)與加強(qiáng)纖維段(4)的混合物的外層(21，22)，所述化學(xué)纖維段(7)事先接受在其上形成永久卷曲的處理，所述外層(21，22)的至少一些化學(xué)纖維段(7)的長(zhǎng)度的一部分進(jìn)入所述中心層(3)內(nèi)。所述外層的第一化學(xué)纖維段(70)至少部分地彼此粘合并粘合到所述織物骨架(1)的其它纖維段(3a，4)。
文檔編號(hào)D04H1/4218GK101680144SQ200880016250
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者吉爾伯特·肖馬拉 申請(qǐng)人:吉爾伯特·肖馬拉