專利名稱：使用纖維墊加工纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的設(shè)備及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用纖維墊(mat)制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，用于制造高性能纖維強(qiáng)化復(fù)合材料物品，并涉及制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的設(shè)備。
特別地，本發(fā)明針對(duì)一種通過使至少兩種結(jié)合和編織在一起的長纖維和短纖維經(jīng)受加熱和壓擠或者冷卻制造多功能纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，其特征在于，使用選擇性地含有任何一種無機(jī)強(qiáng)化纖維的至少兩種熱塑性樹脂纖維，來制造復(fù)合材料墊或復(fù)合材料板材、和輕質(zhì)絕熱泡沫復(fù)合材料板，其盡管沒有另外使用化學(xué)發(fā)泡劑，但由于輥?zhàn)訅簲D復(fù)合材料板時(shí)非熔融的纖維或者強(qiáng)化纖維的固有彈性而發(fā)泡形成了泡孔(cell)；并針對(duì)一種用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的設(shè)備。
背景技術(shù)：
如本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員所公知，已經(jīng)開發(fā)出可以通過結(jié)合和編織至少兩種不同類型的材料而展現(xiàn)新的功能的所謂纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，其具有輕的重量、高的特征強(qiáng)度和高彈性模量，具有增強(qiáng)的機(jī)械性能。因此，纖維強(qiáng)化復(fù)合材料已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于要求強(qiáng)度、硬度和耐久性的各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，譬如飛機(jī)、船舶和汽車的結(jié)構(gòu)部件、以及電氣和電子部件。
作為所述復(fù)合材料的一個(gè)代表例，提出了一種纖維強(qiáng)化聚合物(FRP)復(fù)合材料，包括一種玻璃纖維強(qiáng)化的熱固性不飽和聚酯樹脂，以及一種纖維強(qiáng)化的熱塑性聚合物(ERTP)復(fù)合材料。
FRP復(fù)合材料具有優(yōu)于金屬的功能，并且可以用在上述的應(yīng)用中。特別地，F(xiàn)RP復(fù)合材料在單向模制后可以用作具有高彈性模量的彈性材料。
然而，F(xiàn)RP復(fù)合材料的耐沖擊性和斷裂韌性等物理性能不佳，并且不利的是它只能夠在有限的條件下使用，并且不是可回收的。
然而，F(xiàn)RTP復(fù)合材料避免了FRP復(fù)合材料的上述問題，并且進(jìn)一步地能夠替代汽車部件中的金屬。
例如，主要用于汽車中的內(nèi)部裝飾和非結(jié)構(gòu)性部件的FRTP復(fù)合材料，能夠用于要求抗沖擊性和高強(qiáng)度的車底盤、以及不同外裝飾。而且，與FRP復(fù)合材料比較，F(xiàn)RTP復(fù)合材料可以經(jīng)受與金屬模制加工類似的沖壓模制加工。因此，F(xiàn)RTP復(fù)合材料的生產(chǎn)率高并且可以比金屬更加自由地設(shè)計(jì)，結(jié)果是越來越多地用于各種工業(yè)領(lǐng)域。
因此，F(xiàn)RTP復(fù)合材料應(yīng)當(dāng)制備成可沖壓的平面板材，適用于各種模制物件的模制加工中。為此目的，典型地，使強(qiáng)化纖維與作為基質(zhì)樹脂的粉末或者顆粒型的熱塑性樹脂結(jié)合，并且對(duì)其進(jìn)行加熱和模制。但是，在這樣的情況下，由于存在不同的材料相，所以難以均勻地結(jié)合這兩種材料。還有，在結(jié)合后，在多個(gè)處理工藝過程中，樹脂粉末或者顆?？赡芤子谂c強(qiáng)化纖維分離。從而，強(qiáng)化纖維不是均勻地分散在基質(zhì)樹脂中，從而難于制造要求穩(wěn)定的質(zhì)量的成品。
關(guān)于制造可沖制板材(stampable sheet)的方法，由本發(fā)明人擁有的韓國專利10-296229號(hào)揭示了一種制造性能提高的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法和設(shè)備。在上述專利中，用離心力把作為基質(zhì)樹脂的熱塑性樹脂纖維與強(qiáng)化纖維結(jié)合，以制造具有隨機(jī)取向基質(zhì)纖維的復(fù)合材料墊，用具有多個(gè)加熱輥和冷卻輥的上述設(shè)備使其熔融并壓制而成。還有，在改變輥軸之間的角度時(shí)，熔融的基質(zhì)樹脂被均勻地分布和浸漬進(jìn)強(qiáng)化纖維中。從而增加了基質(zhì)和強(qiáng)化纖維之間的界面間粘合力，以連續(xù)地提供具有優(yōu)良的物理特性且厚度均勻、表面光滑度卓越的可沖壓的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板。特別地，為補(bǔ)充由于只是隨機(jī)取向的強(qiáng)化纖維而不足的硬度，通過使用制造可沖壓板材的設(shè)備在復(fù)合材料墊的頂面、底面和側(cè)面疊加單向強(qiáng)化纖維，從而使纖維強(qiáng)化的復(fù)合材料的性能提高。
本發(fā)明進(jìn)一步地改進(jìn)了上述專利，并且以韓國專利10-173440號(hào)的“用于制造可沖壓的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材的設(shè)備”的技術(shù)構(gòu)思為基礎(chǔ)。在該專利中，可以通過可選擇地控制熔融樹脂中的熱滯后因素的熔流方向使得在均勻厚度和高度表面光滑性方面有優(yōu)勢的泡沫復(fù)合材料具有高性能。
在這點(diǎn)上，日本專利公開號(hào)平6-47737公開了一種用于制造沖壓板材的設(shè)備，包含一樹脂擠壓機(jī)，用于擠壓/饋給熔融聚丙烯樹脂至連續(xù)的玻璃纖維板材與具有分散的短玻璃纖維的聚丙烯板材之間；一返回傳送帶，用于在傳輸聚丙烯板材、熔融聚丙烯樹脂和連續(xù)的玻璃纖維的同時(shí)豎直地對(duì)其進(jìn)行擠壓和疊層；一加熱爐，用于通過加熱疊層的板材把熔融的聚丙烯浸漬到連續(xù)的玻璃纖維板材中，以形成整體的疊層板材；和一冷卻爐，用于冷卻加熱了的板材。如上所述，當(dāng)熔融的聚丙烯被擠壓進(jìn)板材時(shí)，附加地需要擠壓機(jī)。另外，其難以在連續(xù)的板材的整個(gè)表面上均勻地涂覆熔融的樹脂。
這既不能夠借助于傳送帶確保有選擇地控制板材厚度，也不能確保成品的致密地粘接的結(jié)構(gòu)和均勻的表面光滑度。另外，所述加熱爐和冷卻爐是腔室形的，并且沒有設(shè)置用于加熱和冷卻后再控制產(chǎn)品的厚度的附加裝置。
另外在日本專利公開號(hào)平5-285947中，公開了一種用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材的設(shè)備，其包含三個(gè)料斗，用于分別地容納熱塑性樹脂顆粒、強(qiáng)化的短纖維和玻璃泡材(glass blown)(空心的顆粒)；一分發(fā)容器，用于把從每個(gè)料斗饋給的材料分發(fā)到液體中；一流漿箱(headbox)，用于從分發(fā)的液體中去掉水；一個(gè)通過移動(dòng)進(jìn)流漿箱在其上形成紙網(wǎng)的網(wǎng)格；一個(gè)熱空氣干燥器，用于干燥紙網(wǎng)；和一個(gè)連續(xù)的壓機(jī)。然而上述專利因?yàn)槭褂妙w粒或者短纖維，所以難以處理材料。而且不能夠通過使用該設(shè)備處理連續(xù)的纖維或者長纖維。而且可能產(chǎn)生塵屑并且使工作環(huán)境變得非常糟。因?yàn)椴牧戏珠_地饋給到設(shè)備并且在其中分發(fā)，所以需要附加的脫水裝置，從而可能發(fā)生水污染。
而且，在日本專利公開號(hào)平5-16137中公開了一種用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材的設(shè)備，包含一個(gè)用于制備附著樹脂的纖維束的具有分開形成的上層、中層和下層的流動(dòng)層裝置；用于切割纖維束的上旋轉(zhuǎn)切割器和下旋轉(zhuǎn)切割器；一個(gè)連續(xù)的傳送帶，用于傳送從中流動(dòng)層裝置饋送的附著在連續(xù)的厚墊附著的纖維束的頂部和底部的切割了的附著樹脂的纖維束；一個(gè)加熱裝置；以及一個(gè)冷卻裝置。然而，該加熱裝置采用電加熱系統(tǒng)或者熱空氣循環(huán)系統(tǒng)，其中加熱輥的軸是固定的。從而不能夠改變?nèi)廴诘臒崴苄詷渲臒釡笠蛩氐娜廴诹鲃?dòng)方向。從而不能夠均勻地浸漬熔融樹脂。而且，難于控制板材張力，導(dǎo)致復(fù)合材料板材的厚度和表面光滑度不均勻。另外，由于冷卻裝置采用吹風(fēng)系統(tǒng)或者用固定的引導(dǎo)輥的冷卻系統(tǒng)，所以難于控制加熱了的板材的最后厚度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種通過加熱和壓擠、或者冷卻復(fù)合材料墊的工藝制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，所述復(fù)合材料墊通過均勻地結(jié)合和編織至少兩種類型強(qiáng)化纖維和作為基質(zhì)的熱塑纖維而得到的，其特征在于，可供選擇性地改變?nèi)廴诘臉渲臒釡笠蛩氐娜廴谖锪鲃?dòng)方向，以制造可以用于各種工業(yè)領(lǐng)域的、具有均勻的厚度和表面光滑度的泡沫復(fù)合材料墊或者板材。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的設(shè)備。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種通過加熱和擠壓復(fù)合材料墊來制造具有高強(qiáng)度的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，該復(fù)合材料墊包含結(jié)合和編織在一起的強(qiáng)化纖維和作為基質(zhì)樹脂的熱塑性纖維，該方法包含步驟使熱塑性纖維和強(qiáng)化纖維原纖維化(fibrillating)；編織(matting)原纖維化的熱塑性纖維和強(qiáng)化纖維，以制備一熱塑性纖維熔合復(fù)合材料墊；通過相繼地在該復(fù)合材料墊頂面、底面和側(cè)面上加以各種層片來制備加層的復(fù)合材料墊，并且然后加熱該加層的復(fù)合材料墊，以制備由于強(qiáng)化纖維的固有彈性而具有發(fā)泡的泡孔的高性能纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材。
另外，本發(fā)明提供一種用于制造高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料的設(shè)備，包含一熱塑性纖維和強(qiáng)化纖維的原纖維化裝置；一復(fù)合材料墊制備裝置，用于通過處理原纖維化的纖維使熱塑性纖維熔合；一加層復(fù)合材料墊制備裝置，用于相繼地在該復(fù)合材料墊頂面、底面和側(cè)面上加以各種層片；以及一纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材制備裝置，用于加熱該加層的復(fù)合材料墊，以由于強(qiáng)化纖維的固有彈性而形成具有發(fā)泡的泡孔。
如此，上述的纖維原纖維化裝置包含一個(gè)傳送部分，用于把纖維傳送到預(yù)定的位置；一原纖維化滾筒，用于使傳送來的纖維原纖維化；一個(gè)動(dòng)力產(chǎn)生部分，用于轉(zhuǎn)動(dòng)原纖維化滾筒；一個(gè)抽吸部分，用于把原纖維化的纖維吸入進(jìn)一個(gè)管道中；一個(gè)稱重部分，用于通過均勻地把吸取的纖維落入進(jìn)一個(gè)分發(fā)部分中來控制饋送的纖維的量；一個(gè)設(shè)置在稱重部分上的傳感器，用于檢測要饋送到饋送輥的原纖維化的纖維的量。
而且，復(fù)合材料墊制備裝置包括一個(gè)傳送部分，用于把原纖維化的熱塑性纖維傳送到一個(gè)預(yù)定的位置；一對(duì)饋送輥，用于饋送或者支持傳送的熱塑性纖維；一個(gè)鄰接于饋送輥的結(jié)合和編織滾筒，用于憑借分布了針的輥?zhàn)拥目焖俎D(zhuǎn)動(dòng)使從饋送輥饋送的纖維原纖維化，和一個(gè)移動(dòng)件(walker)，用于提高纖維的結(jié)合率。
還有，復(fù)合材料板材制備裝置包括壓擠輥，用于安全地接收制備的復(fù)合材料墊；一個(gè)置于傳送部分上方的運(yùn)行滾筒，用于把壓擠了的復(fù)合材料墊傳送到一個(gè)預(yù)定的位置；鄰接于運(yùn)行滾筒的板材輥；加熱壓擠輥，用于加熱和壓擠經(jīng)預(yù)熱區(qū)遞送的、具有不同纖維類型的復(fù)合材料墊；和一個(gè)冷卻/發(fā)泡部分，用于冷卻和高度發(fā)泡經(jīng)壓擠輥遞送的復(fù)合材料墊。


從下面參照附圖的詳細(xì)說明可以更加清楚地理解本發(fā)明的上述目的和其它目的、特征和其它的優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1表示本發(fā)明的復(fù)合材料墊饋送設(shè)備；圖2表示用于制造本發(fā)明的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材和絕熱復(fù)合材料板材的設(shè)備；圖3是本發(fā)明中使用的復(fù)合材料墊的預(yù)熱設(shè)備的示意圖；圖4是本發(fā)明中使用的壓擠區(qū)的示意圖；圖5是本發(fā)明中使用的冷卻區(qū)的示意圖；圖6是本發(fā)明中使用的壓力控制裝置的示意圖；而圖7是本發(fā)明的一種輔助設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參見附圖，其中在不同的圖中用相同的標(biāo)號(hào)指代相同的或者相似的部件。
圖1示出一種根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料墊饋送設(shè)備。如圖1中所示，該復(fù)合材料饋送設(shè)備包括一原纖維化機(jī)構(gòu)10、一結(jié)合機(jī)構(gòu)20、一稱重機(jī)構(gòu)30、一編織機(jī)構(gòu)(webber machine)40和一針刺(needle-punching)機(jī)構(gòu)50。
在該圖中，原纖維化機(jī)構(gòu)10具有一個(gè)傳送部分，用于把要使用的纖維傳送到預(yù)定的位置，其中傳送部分包括一個(gè)傳送帶11，用于定時(shí)地傳送稱重的兩種類型的纖維；一個(gè)原纖維化滾筒12，用于把傳送帶11傳送來的纖維適當(dāng)?shù)卦w維化；一個(gè)抽吸部分13，用于平穩(wěn)地把原纖維化的纖維抽吸進(jìn)管道14中；一個(gè)分散部分21，使得吸入管道14中的纖維能夠均勻地落入其中；以及第二動(dòng)力產(chǎn)生裝置和抽吸部分22，用于把分散和落下的纖維饋送到下文的編織機(jī)構(gòu)40。
這樣，從有效和連續(xù)地饋送纖維材料以及降低復(fù)合材料的制造成本的角度而言，優(yōu)選在原纖維化機(jī)構(gòu)10中使用預(yù)定含量的切割了的纖維，而不是連續(xù)纖維。
在原纖維化機(jī)構(gòu)10中，按照預(yù)定的比例加載基質(zhì)纖維和強(qiáng)化纖維，并且把基質(zhì)纖維和強(qiáng)化纖維饋送到均化區(qū)以通過離心力均勻地結(jié)合加載的纖維。然后編織結(jié)合的纖維，并且把規(guī)定量的編織的纖維傳送到饋送部分，并且把編織了的纖維分發(fā)進(jìn)編織機(jī)構(gòu)40。
在原纖維化機(jī)構(gòu)10中使纖維原纖維化并且編織了以后，復(fù)合纖維墊要求的每裝置面積量是0.5-10kg/min，并且優(yōu)選地是1-6kg/min。因此，將優(yōu)選量的編織纖維送至編織機(jī)構(gòu)40在本發(fā)明中，考慮到與編織機(jī)構(gòu)40的兼容性，專一地使用常規(guī)的可沖壓板材制造工藝，其中在稱重機(jī)構(gòu)30中超過所要求的量的兩種類型的纖維自動(dòng)地引入到第二抽吸部分22，從而增加了經(jīng)濟(jì)效益和制造方便性。
為了增加纖維的分散性并且防止其在稱重機(jī)構(gòu)30的料斗中偏心，在具有吸取的纖維的料斗的上端的雙側(cè)都裝備有分離設(shè)備31，并且具有對(duì)吸取的纖維進(jìn)行分類的作用。在使用有機(jī)強(qiáng)化纖維制備了復(fù)合材料墊以后，編織機(jī)構(gòu)40的編織滾筒42以300-1000rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且同時(shí)進(jìn)行使纖維原纖維化和編織纖維的工作。然而在滾筒高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)基質(zhì)樹脂的熔融纖維廢料附著在分布于滾筒42中的針上，從而工作效率降低，因此難于以高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒。
編織滾筒42中所要求的轉(zhuǎn)速在500至800rpm內(nèi)變化。在使用無機(jī)強(qiáng)化纖維的情況下，使用該轉(zhuǎn)速編織纖維的工藝更加有效。因此，能夠同時(shí)使用有機(jī)纖維和無機(jī)纖維的優(yōu)化的轉(zhuǎn)速落在800-900rpm的范圍。
為使用復(fù)合材料墊饋送設(shè)備制備具有隨機(jī)取向的單向纖維的復(fù)合材料墊，在上述饋送設(shè)備上附加地安裝該編織機(jī)構(gòu)40。從而提高了復(fù)合材料物件的物理性能(抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度)。
在復(fù)合材料墊饋送設(shè)備中，傳送的纖維經(jīng)過水平振動(dòng)分離器(stripper)31均勻地分散進(jìn)入料斗中。可以通過一個(gè)安裝在料斗上部的附加的傳感器饋送適當(dāng)量的纖維。從而饋送的纖維經(jīng)過饋送器41遞送并且然后引入能夠高速旋轉(zhuǎn)的編織滾筒42，以形成纖維均勻分布的復(fù)合材料墊，然后由傳送帶傳送經(jīng)過壓擠輥43，并且然后傳輸?shù)结槾虣C(jī)50。
饋送到針刺機(jī)構(gòu)50的墊的厚度是可以依據(jù)編織滾筒42和傳送帶的旋轉(zhuǎn)頻率有選擇地控制的。當(dāng)切割纖維強(qiáng)化的復(fù)合材料板材的邊緣時(shí)剩余的纖維經(jīng)過一個(gè)附加地安裝在輥43下部的抽吸部分重新引入第二纖維饋送裝置中。
在由于高轉(zhuǎn)速下纏結(jié)的纖維的磨擦作用使纖維熔合在分布于旋轉(zhuǎn)的滾筒的內(nèi)壁上的針上的情況下，纖維的重量分布的均勻性下降。還有，在滾筒長時(shí)間運(yùn)行后，大量的熔融纖維熔合在針上。在去除熔合纖維以后再重新運(yùn)行所述滾筒。
因此，編織機(jī)構(gòu)40會(huì)更加有效和更加適合于大規(guī)模制造，并且會(huì)易于揮發(fā)(volatilize)纖維。另外，當(dāng)向編織機(jī)構(gòu)40提供以預(yù)定的量結(jié)合的復(fù)合材料墊時(shí)，可以根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算其重量。
在恒定的轉(zhuǎn)速下，包含在編織機(jī)構(gòu)40中原纖維化的纖維叢狀態(tài)的復(fù)合材料墊是150-2000mm厚。當(dāng)把這樣的復(fù)合材料墊引入針刺機(jī)構(gòu)50時(shí)，這種復(fù)合材料墊的厚度太厚以至于不能饋送。因此，這樣的復(fù)合材料墊要經(jīng)壓擠輥43遞送并且被傳送帶51壓擠，以減小纖維墊的體積。這樣減小了體積的纖維墊就易于被饋送到針刺機(jī)構(gòu)50中了。
對(duì)于用于制備纖維強(qiáng)化復(fù)合板材和輕質(zhì)絕熱板材的復(fù)合材料墊，應(yīng)當(dāng)使纖維被有效地結(jié)合且被均勻地分散。為使纖維分散和分布均勻，另外設(shè)置兩個(gè)復(fù)合材料墊饋送設(shè)備和兩個(gè)針刺機(jī)構(gòu)。首先，在復(fù)合材料墊饋送設(shè)備的滾筒中進(jìn)行結(jié)合和編織纖維的操作，并且然后在針刺機(jī)構(gòu)中形成體積恒定且具有均勻結(jié)合的纖維的均化的墊。
在將處于纖維叢狀態(tài)的復(fù)合材料墊直接饋送給到連續(xù)的傳送帶情況下，由于纖維不固定所以難于制造均勻的復(fù)合材料板材。從而在能夠固定纖維和減少其體積的針刺機(jī)構(gòu)50中，對(duì)處于纖維叢狀態(tài)的復(fù)合材料墊進(jìn)行穿孔，由此降低纖維叢的體積并且均勻地控制纖維墊的體積。然后把這樣處理的纖維墊饋送到加熱區(qū)。這樣憑借輥?zhàn)拥膲毫κ箻渲潭ā?br> 沒有經(jīng)針刺機(jī)構(gòu)50遞送的復(fù)合材料墊處于體積大的狀態(tài)，類似于棉花卷。因此，當(dāng)這樣的纖維墊經(jīng)紅外線加熱板A130遞送時(shí)，墊可能損壞加熱器，或者可能在與加熱器發(fā)生接觸后燃燒。然而，在經(jīng)預(yù)熱區(qū)和加熱板遞送時(shí)通過使用針刺機(jī)構(gòu)50減小了纖維的固有收縮量，因此增加了復(fù)合材料板材的均勻性。而且，因?yàn)闇p少了體積，所以復(fù)合材料墊不會(huì)損壞加熱器，并且在與加熱器發(fā)生接觸時(shí)燃燒的風(fēng)險(xiǎn)也降低了。
而且，墊是通過使用針穿孔的，因此減少了經(jīng)編織機(jī)構(gòu)40遞送的復(fù)合材料墊的體積變化。
就針刺機(jī)構(gòu)50而言，穿孔板52以500-1000次/分鐘的頻率工作?；诶w維的特性，可選擇地設(shè)定穿孔頻率并且控制傳送速度，結(jié)果可以方便地調(diào)節(jié)復(fù)合材料纖維墊的基本重量和厚度。
在受到穿孔處理后的復(fù)合材料墊中，穿孔頻率影響孔的尺寸和纖維的纏結(jié)。例如，隨著穿孔頻率增加，可以豎直地使折疊的纖維纏結(jié)。因?yàn)閺?fù)合材料墊粘結(jié)良好，即使將其饋送到連續(xù)的傳送帶也能夠保持復(fù)合材料墊中纖維纏結(jié)的狀態(tài)。
當(dāng)圖中未示出的預(yù)熱室的預(yù)熱溫度高于基質(zhì)纖維的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時(shí)，纖維的結(jié)晶度降低并且纖維變得皺縮。當(dāng)穿孔頻率低時(shí)，復(fù)合材料墊較少纏結(jié)，并且從而發(fā)生原纖維化的現(xiàn)象。
然而，如果復(fù)合材料墊是剛性地粘著的，則即使是通過使用傳送帶51壓擠它也不會(huì)被擾亂。而且，由于在墊中存在大量的孔，所以在預(yù)熱區(qū)中熱空氣可以循環(huán)到墊的內(nèi)部。從而在壓擠和加熱復(fù)合材料墊以后，易于熔融和浸漬基質(zhì)樹脂，以便形成復(fù)合材料板材。
從編織機(jī)構(gòu)40饋送的復(fù)合材料纖維墊的重量、尺寸取決于旋轉(zhuǎn)頻率、強(qiáng)化纖維的類型和量。還有，復(fù)合材料墊的厚度基于穿孔板52的穿孔頻率。墊的硬度和彈性與穿孔板52的針號(hào)相關(guān)聯(lián)。
這樣，為了取走穿孔板52中的斷針，在第一預(yù)熱區(qū)A100上裝備一個(gè)具有高的磁性強(qiáng)度的電磁裝置，起取走斷針的作用。從而最小化斷針對(duì)復(fù)合材料墊和輕質(zhì)絕熱板材的質(zhì)量和安全性的負(fù)面作用，以及對(duì)連續(xù)的不粘污傳送帶(stainless belt)工作的負(fù)面影響。
轉(zhuǎn)而參見圖2，圖中示出一種根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料板材和輕質(zhì)絕熱板材的制造設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)，其中，輕質(zhì)絕熱板材是利用纖維的固有彈性由復(fù)合材料板材制造而成，并且稱為類泡沫(pseudo-foamed)的復(fù)合材料板材。
上述的制造設(shè)備包含復(fù)合材料墊的預(yù)熱區(qū)A100和A200、壓擠區(qū)B100、B200和B300、冷卻區(qū)C100和C200，以及其它輔助設(shè)備D100、D200、D300和D400。
預(yù)熱區(qū)負(fù)責(zé)在傳送帶壓擠區(qū)內(nèi)熔融和浸漬復(fù)合材料墊的纖維。用于去除纖維中的水和油的設(shè)備是第一預(yù)熱區(qū)A100，其中應(yīng)當(dāng)使熱充分地傳導(dǎo)到有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料墊的內(nèi)部。
為了有較為有效的模制工藝，復(fù)合材料墊應(yīng)當(dāng)在受到壓擠處理前由紅外線加熱板A210充分地預(yù)熱。從而加熱復(fù)合材料墊需要的時(shí)間短，從而通道長度減少。
如上所述，預(yù)熱區(qū)可以起將熱傳導(dǎo)到復(fù)合材料板材內(nèi)部的作用。而且，還使用了一種熱空氣循環(huán)部分A110，與紅外線系統(tǒng)(加熱)配合，可以完成對(duì)纖維的均勻熱傳導(dǎo)。
加熱室的溫度一般是80-250℃，然而該溫度可以隨著用于制備復(fù)合材料墊的樹脂纖維的類型而改變。通過預(yù)熱到100-200℃的空氣可以去除在復(fù)合材料墊中的水，并且水的含量在0.01-0.2％的范圍。另外上述的熱經(jīng)一個(gè)在圖中未示出的熱空氣排出管道回收到余熱回收系統(tǒng)，并且可以在以后重新利用。
干燥了的、具有預(yù)熱了的熱塑性纖維的復(fù)合材料墊經(jīng)上和下傳送部分遞送。如此，使用的傳送帶以聚四氟乙烯網(wǎng)格帶A120為例，所述聚四氟乙烯網(wǎng)格帶A120具有利用空氣抽吸循環(huán)系統(tǒng)使空氣從帶的上部循環(huán)到帶的下部的作用。為了防止微纖維在預(yù)熱設(shè)備中燃燒，使用一種過濾器過濾塵屑和微纖維。復(fù)合材料墊的后部由紅外線加熱器直接加熱。
在高溫下，復(fù)合材料墊的表面層中的有機(jī)基質(zhì)纖維，例如聚丙烯纖維或者尼龍纖維熔化，其部分被氧化，因而復(fù)合材料的折疊處皺縮并且強(qiáng)化纖維的取向結(jié)構(gòu)可能被破壞。因此復(fù)合材料板材在其物理特性上退變。
在本發(fā)明中，通過有效的能量控制和連續(xù)操作，紅外線加熱器的加熱時(shí)間縮短了。循環(huán)熱空氣從加熱板A130的上部吹到下部，從而紅外線加熱器不與塵屑或者微纖維發(fā)生接觸。因?yàn)榧t外線加熱板A130易于控制在一位置上，所以能根據(jù)復(fù)合材料墊的厚度調(diào)節(jié)紅外線加熱板A130的上和下位置。因此熱可以傳導(dǎo)到復(fù)合材料墊的內(nèi)部，并且可以根據(jù)生產(chǎn)速度調(diào)節(jié)升高或降低所述的上和下位置。
例如，為了增加生產(chǎn)率，在使用導(dǎo)熱率低的碳纖維(CF)作為復(fù)合材料墊中的強(qiáng)化纖維的情況下，把紅外線加熱板A130定位在鄰接墊，從而可以快速地加熱墊。在此情況下，為了使熱損耗最小，采用熱空氣循環(huán)系統(tǒng)，并且用過的熱循環(huán)到抽吸管道而且在以后重新使用。
如此，為了確保管道工作的穩(wěn)定性，設(shè)置一半永久性的過濾網(wǎng)，以去除含在經(jīng)墊遞送的熱空氣中的短纖維或者細(xì)塵屑。
為了賦予復(fù)合材料墊各種功能，在復(fù)合材料墊的表面層上疊層一聚丙烯膜。從而當(dāng)無紡的纖維或者編織的材料粘附到纖維強(qiáng)化復(fù)合材料上以制備汽車的內(nèi)部或外部裝飾時(shí)，粘著性增加了。另外，在復(fù)合材料墊的表面上形成圖案或者大理石樣的材料作成多層結(jié)構(gòu)，并且提供漂亮的表面。而且安裝一卷繞機(jī)D100以將用于結(jié)構(gòu)材料的各種板材應(yīng)用于墊上。
通過使用本發(fā)明的制造設(shè)備，復(fù)合材料板材的厚度選擇性地確定在0.5-10mm的范圍。而且，還保持了0.3-10m/min的制造速率，并且可以進(jìn)一步制備泡沫復(fù)合材料板材。
同時(shí)，用于制備復(fù)合材料板材的熱塑性樹脂的例子有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍6、尼龍66、尼龍10、聚酰胺、維尼綸、聚酯，或者其結(jié)合物。而且，可以在熱塑性樹脂中另外添加增塑劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、填充物、著色劑、顏料、抗沖擊提高劑、潤滑劑等。
制備絕熱板材所需要的強(qiáng)化纖維使用無機(jī)纖維，譬如玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等；以及有機(jī)纖維，譬如尼龍6、尼龍66、尼龍10、維尼綸、芳族聚酰胺、聚酯等。在需要時(shí)，這些纖維可以組合使用。
在本發(fā)明中為了通過保持熱滯后來有效地進(jìn)行熱傳導(dǎo)，可選擇地控制輥間的間隔，如下文的表1中所示。在作為基質(zhì)的熱塑性纖維與加熱到約200℃的無粘污的連續(xù)傳送帶發(fā)生接觸時(shí)，熔融熱塑性樹脂的熱滯后因素沿垂直于熔融物流動(dòng)方向的方向改變，從而熔融的熱塑性樹脂可以浸漬到復(fù)合材料墊的內(nèi)部。
在熔融的熱塑性樹脂浸漬到纏繞的纖維強(qiáng)化物內(nèi)部的同時(shí)，強(qiáng)化物表面的樹脂的濕度增加。而且，因?yàn)闃渲n到復(fù)合材料墊的內(nèi)部，所以可以制造有高強(qiáng)度的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。
利用強(qiáng)化纖維的彈性，可以制造泡沫纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。就是說，在編織滾筒中結(jié)合和揮發(fā)熱塑性基質(zhì)纖維和纖維強(qiáng)化物，以使這兩種類型的纖維纏繞，從而在三維結(jié)構(gòu)中保持纖維的取向結(jié)構(gòu)。結(jié)合的復(fù)合材料墊在被分布的針穿孔的同時(shí)被固定，并且有預(yù)定的厚度。盡管輥之間的間隔逐漸地減小，但是保持從輥?zhàn)邮┘釉谶B續(xù)的傳送帶上的壓力。因此，基質(zhì)樹脂熔融并且浸漬進(jìn)復(fù)合材料墊中。這樣，當(dāng)瞬時(shí)地將壓力撤離被壓在傳送帶上的強(qiáng)化纖維時(shí)，由于強(qiáng)化纖維的固有彈性，所以纏繞的強(qiáng)化纖維可以類似于化學(xué)泡沫材料那樣發(fā)泡，以制造類泡沫纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材。
泡沫復(fù)合材料被制成3-20mm厚的成品板材，比重是0.5-0.9g/cm3，并且最終用作輕質(zhì)絕熱板材。例如在引入第一壓擠區(qū)B100內(nèi)以前，在編織機(jī)構(gòu)40中編織的復(fù)合材料墊是250mm厚。在被輥壓擠以后，通過使用針刺機(jī)構(gòu)50使復(fù)合材料墊的厚度進(jìn)一步降低到約50mm。當(dāng)壓擠這樣的50mm厚的墊時(shí)在傳送帶上施加30巴或者更大的壓力。只要按照初始厚度的變化降低10％的厚度時(shí)，就再需要1巴或者1巴以下的壓力。
當(dāng)作為復(fù)合材料墊的基質(zhì)樹脂的聚丙烯樹脂沒有熔融時(shí)，難于進(jìn)行厚度控制。從而在連續(xù)的工藝中對(duì)傳送帶且然后對(duì)輥?zhàn)邮┘痈叩膲毫Α?br> 壓擠區(qū)起控制施加的壓力的作用，在壓擠區(qū)上安裝一個(gè)滑塊B160以保持常壓，從而易于進(jìn)行壓擠區(qū)B100的豎直操作。在這樣的豎直操作以后，在高度控制部分以及滑塊B160上安裝彈簧，使得在傳送帶上施加恒定的壓力。初始?jí)毫υO(shè)定到約60kg/cm2。當(dāng)壓力高于初始?jí)毫r(shí)，就有墊厚的情況。
通過彈簧張力調(diào)節(jié)厚度。隨著壓擠改變的彈簧張力取決于壓擠條件，所述壓擠條件示于下面的表1中。
表1厚度和彈簧張力的關(guān)系(最終厚度3mm)

*PP/PET的加工條件傳送帶的表面受輥?zhàn)訅簲D，輥?zhàn)颖患右詮椈蓮埩?。在用彈簧張力壓擠以后，復(fù)合材料墊按照傳送帶表面溫度被不同地熔化。
當(dāng)在220℃的傳送帶溫度下進(jìn)行壓擠處理時(shí)，復(fù)合材料墊的厚度遠(yuǎn)小于其初始厚度。如果大量地使用不熔融的基質(zhì)纖維和強(qiáng)化纖維，厚度變化可以變小。在墊的厚度超過了輥間的間隔時(shí)，墊受到較大的彈簧張力。
這樣，當(dāng)彈簧的壓力設(shè)定到預(yù)定級(jí)別時(shí)，傳送帶就不可以自由地運(yùn)動(dòng)。從而，鑒于傳送帶的速度和復(fù)合材料墊中熔融的樹脂的熔融率，壓擠力稍微減少。用一種設(shè)計(jì)的輥?zhàn)酉到y(tǒng)達(dá)到連續(xù)地壓擠傳送帶，并且考慮壓力分布來重新設(shè)計(jì)壓擠裝置的結(jié)構(gòu)。
例如在高的壓力下使用桿棒型壓擠裝置壓擠棉板。然而，在使熱塑樹脂熔化的情況下，在相對(duì)低的壓力下優(yōu)選使用輥?zhàn)拥膲簲D系統(tǒng)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)而參見圖4，圖中示意地示出本發(fā)明中使用的擠壓區(qū)。
如圖4中所示，在通過使用壓擠輥使經(jīng)第一壓擠區(qū)B100遞送的復(fù)合材料墊保持在預(yù)定的厚度時(shí)，傳送帶的熱傳導(dǎo)到復(fù)合材料墊。在第二壓擠區(qū)B200，作為基質(zhì)樹脂的熱塑性樹脂纖維熔融且浸漬進(jìn)入強(qiáng)化纖維中。
在第二壓擠區(qū)B200中，以直線排列的形式設(shè)置壓擠輥和紅外線加熱板B210?；|(zhì)樹脂應(yīng)當(dāng)在第二壓擠區(qū)B200中在高溫下完全地浸漬進(jìn)入強(qiáng)化纖維中。另外在第三壓擠區(qū)B300中，當(dāng)溫度條件保持得如同在第二壓擠區(qū)B200中那樣的同時(shí)，可進(jìn)一步地提供壓力條件。因此，復(fù)合材料墊的孔隙度達(dá)到最小，或者熱塑性樹脂被充分地浸漬和浸濕。在經(jīng)過厚度控制部分冷卻墊時(shí)，可以制備高性能的復(fù)合材料板材。進(jìn)一步地，重新加熱復(fù)合材料板材并且加寬冷卻區(qū)C100和C200的輥?zhàn)又g的間隔。這樣，由于強(qiáng)化纖維的固有彈性，所以可以制備高性能的類泡沫輕質(zhì)絕熱板材。
另一方面，在常規(guī)的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料中用纖維作強(qiáng)化物的情況下，一直在使用著長度達(dá)25mm的短纖維。然而，短的強(qiáng)化纖維導(dǎo)致預(yù)定應(yīng)力下無效的應(yīng)力傳遞，從而強(qiáng)化效果差。
為了提高強(qiáng)化作用，優(yōu)選使用長纖維作為強(qiáng)化纖維，而不是短纖維。這樣，長纖維具有30mm或者以上的長度，特別地具有50mm或者以上的長度。纖維長度取決于復(fù)合材料的類型或者其用途。
依據(jù)纖維的長度，復(fù)合材料顯示出不同的物理特性，譬如硬度、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性。還有，上述特性受填充纖維的量、模制纖維的長度、纖維的分散狀態(tài)和取向狀態(tài)影響。常規(guī)地，纖維強(qiáng)化的復(fù)合材料具有隨機(jī)分散的纖維強(qiáng)化物，并且因此強(qiáng)化纖維的分布只沿水平方向隨機(jī)分散。因此，常規(guī)復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度超過所要求的水平。然而，在本發(fā)明中，由于借助于使用離心力的復(fù)合材料墊饋送設(shè)備隨機(jī)地確定強(qiáng)化纖維的方向，所以強(qiáng)化纖維纏繞以顯示三維編織效果。
就是說，提供了顯示出編織效果的方法，所述方法使用與編織類似的技術(shù)，因?yàn)橥ㄟ^直接編織纖維來制備纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法生產(chǎn)率低。常規(guī)地，當(dāng)強(qiáng)化纖維在基質(zhì)樹脂中隨機(jī)地取向時(shí)，纖維沿水平方向形成。從而纖維沒有豎直的取向，并且從而顯示有限的強(qiáng)度。而在本發(fā)明中，基質(zhì)和強(qiáng)化物都用作為纖維相，并且結(jié)合使用離心力，因此纖維沿水平方向卷繞。同樣，10-20％的纖維沿豎直方向卷繞，以形成一種三維動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)。從而纖維強(qiáng)化的復(fù)合材料顯示出高強(qiáng)度和高的張力狀態(tài)。
復(fù)合材料的物理特性受基質(zhì)和強(qiáng)化物的特性以及基質(zhì)與強(qiáng)化纖維之間的粘著度即界面特性的顯著影響。復(fù)合材料的接合起從基質(zhì)向纖維傳遞應(yīng)力或者外部沖擊能量的變化的作用。因此，界面特性比較重要。
對(duì)制備的復(fù)合材料板材進(jìn)行再加熱(加熱溫度240℃或者以上)，并且熔融、膨脹和冷卻其中的樹脂以形成泡沫復(fù)合材料板材。在用于模制工藝的復(fù)合材料編物中，含有20-40％(體積百分含量)的具有大恢復(fù)力的無機(jī)強(qiáng)化纖維，有含量在30％(體積百分含量)或者以上的有機(jī)強(qiáng)化纖維。
圖5示意地示出本發(fā)明中使用的冷卻區(qū)。
如圖5中所示，冷卻區(qū)C100和C200包含被冷卻的用于泡沫復(fù)合材料墊的磁性輥C110、冷卻輥C120、空氣冷卻器C130和紅外線加熱器通道C140。
通過經(jīng)第二冷卻區(qū)C200遞送來制造復(fù)合材料板材，同時(shí)，當(dāng)磁性輥C110之間的間隔超過適用于憑借強(qiáng)化纖維固有彈性的類似泡沫工藝的厚度時(shí)，就得到了泡沫的輕質(zhì)絕熱板材。
例如，因?yàn)榫郾?PP)纖維的彈性低，并且碳纖維(CF)和玻璃纖維(GF)具有高的彈性模量，所以相互結(jié)合的纖維的纏繞導(dǎo)致泡沫復(fù)合材料板材所要求的較高的彈性。在使用有機(jī)強(qiáng)化纖維制備泡沫輕質(zhì)絕熱板材后，顯然可通過泡沫的條件和適當(dāng)量的譬如強(qiáng)化纖維之類的發(fā)泡劑實(shí)現(xiàn)最佳的板材表觀。
為了進(jìn)行發(fā)泡工藝，經(jīng)紅外線加熱通道C140遞送的復(fù)合材料墊應(yīng)當(dāng)充分地預(yù)熱到其內(nèi)部。在發(fā)泡工藝以后，纖維由于其固有彈性而膨脹和發(fā)泡。因此發(fā)泡的泡孔(cell)具有小的尺寸，并且可以保持均勻的分布。
在不使用預(yù)熱工藝的情況下，進(jìn)行較長時(shí)間的復(fù)合材料墊的熔融、加熱和壓擠處理。因此，為了提高發(fā)泡效率，壓擠傳送帶應(yīng)當(dāng)設(shè)定到相對(duì)高的溫度。當(dāng)提高傳送帶的表面溫度時(shí)，與聚丙烯纖維結(jié)合的碳纖維和玻璃纖維憑借其固有彈性而發(fā)泡，從而自然地進(jìn)行發(fā)泡過程。然而，因?yàn)樽鳛榛|(zhì)樹脂的聚丙烯纖維被處理到高于其熔點(diǎn)溫度的溫度，所以聚丙烯纖維退變。因此，基質(zhì)的強(qiáng)度變低，并且得到的泡沫復(fù)合材料板材不能滿足所希望的絕熱板材的要求。
由于冷卻速度取決于泡沫層的厚度而不同，當(dāng)冷卻時(shí)，有熱傳導(dǎo)性的泡沫絕熱復(fù)合材料的表層易于冷卻，但是冷卻其核心層所需要的時(shí)間卻相當(dāng)長。
典型地，輥?zhàn)油ㄟ^使用外部饋給的冷卻水而顯示冷卻功能。然而由于輥?zhàn)优c傳送帶發(fā)生接觸的表面小，所以冷卻效率低。因此絕熱板材難于保持成板形。因此，在本發(fā)明中采用了快速降低傳送帶溫度的工藝。
在這種情況下，當(dāng)急劇地降低傳送帶的溫度時(shí)，復(fù)合材料墊可能由于其表面層和核心層之間的不同的熱膨脹系數(shù)而損壞，從而降低了墊的物理強(qiáng)度，譬如抗沖擊強(qiáng)度。因此，應(yīng)當(dāng)注意，借助于自然空氣循環(huán)系統(tǒng)來冷卻傳送帶表面。
也就是說，當(dāng)快速冷卻傳送帶后，復(fù)合材料墊沿著由于熱膨脹系數(shù)不同而形成的細(xì)裂紋處的物理特性退化。因此，為了以恒定的速率冷卻傳送帶，采用冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)。
而且冷卻速率涉及纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的生產(chǎn)率。也就是說，纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的絕熱特性是基于強(qiáng)化纖維材料，而冷卻區(qū)的總長度與絕熱特性成比例。因此考慮到冷卻效率提供了3-5個(gè)空氣循環(huán)冷卻器C130。
圖6示意地示出了在本發(fā)明中使用的壓力控制裝置。
如圖6中所示，第一壓擠區(qū)B100包含上輥B110和下輥B120、彈簧B130、高度控制部分B140、蝸輪B150、滑塊B160和滑道B170。上輥B110補(bǔ)償滑塊B160中的豎直運(yùn)行和搖動(dòng)振動(dòng)。設(shè)置彈簧B130以對(duì)輥?zhàn)邮┘雍愣ǖ膹椥粤?。進(jìn)一步，分別地設(shè)置一個(gè)控制器，用于通過彈簧B130的壓力向輥?zhàn)邮┘舆m當(dāng)?shù)膲毫Α?br> 在每個(gè)上輥B110的左方和右方設(shè)置兩個(gè)彈簧B130，以防止輥B110的水平振動(dòng)并且當(dāng)超載時(shí)保證其滿意的工作。當(dāng)使用一個(gè)整數(shù)值或者多個(gè)整數(shù)值表示彈簧B130的彈力時(shí)，設(shè)定高于預(yù)定量的壓力施加到傳送帶上。
借助于扭力計(jì)表示為恒定數(shù)值的兩個(gè)彈簧B130的彈力設(shè)定到預(yù)定級(jí)別。所述彈力根據(jù)壓力裝置的位置按照上述表1設(shè)定，并且設(shè)定的值依據(jù)各種材料而不同。
在不同位置上的復(fù)合材料墊的厚度不同，但是可以通過在彈簧B130的彈力作用下壓擠傳送帶和熔融復(fù)合材料墊來控制其厚度。作為復(fù)合材料墊的基質(zhì)樹脂的熱塑性樹脂纖維在墊中的含量為60％(重量百分比)或更大。在用彈簧B130的彈力壓擠墊以后，分散和浸漬熔融了的樹脂，并且因此保持所要求的厚度和重量分布。在具有較大變化的過載的情況下，由于厚度變化會(huì)使彈簧B130的彈力增加。
例如，在正常狀態(tài)的情況下，10mm厚的復(fù)合材料墊對(duì)應(yīng)于60kg/cm2施加在傳送帶上的彈簧壓力。另外，由于厚度變化增加0.5mm后的墊厚度10.5mm對(duì)應(yīng)于80kg/cm2施加在傳送帶上的彈簧壓力。
當(dāng)在傳送帶上施加高壓力時(shí)，鄰接于傳送帶表面熔融的基質(zhì)樹脂浸漬進(jìn)復(fù)合材料墊內(nèi)。這樣，可以肯定彈簧的長度減少了。通過輥?zhàn)拥膲簲D過程，基質(zhì)樹脂易于熔融并沿著與傳送帶的傳送方向相反的方向浸漬。
在150kg/cm2的高壓力下，可以沿與傳送帶的傳送方向相反的方向安排纖維，不然就可能干擾纖維的傳送操作。這種情況下，承載塊可以形成為可滑動(dòng)的類型，從而傳送工作變得容易。
為了滿足這樣的條件，按照上述的表1所示調(diào)節(jié)第一壓擠區(qū)B100中的輥間的間隔。復(fù)合材料墊的厚度可以根據(jù)傳送帶的表面溫度、壓擠壓力以及熔融和浸漬墊所要求的壓力來控制。
當(dāng)在壓擠區(qū)中由輥?zhàn)庸潭ǖ膹?fù)合材料墊承受一減少厚度的壓力時(shí)，在每個(gè)輥中設(shè)置的滑塊B160的彈簧彈力施加在墊上。從而恒定地保持復(fù)合材料墊的光滑度和厚度。
圖7示意性示出本發(fā)明的各種輔助設(shè)備。在圖2中示出的作為輔助設(shè)備的卷繞機(jī)D100起在復(fù)合材料墊上疊加層膜或者無紡纖維的作用。如圖7所示，冷卻輥D200賦與向冷卻的復(fù)合材料織穩(wěn)定性的作用，以及通過冷卻使得易于切割復(fù)合材料墊的作用。進(jìn)一步地，設(shè)置一個(gè)能夠把墊切割到預(yù)定的尺寸的切割裝置D300，和一個(gè)能夠傳送切割了的復(fù)合材料墊的傳送裝置400。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明提供一種使用復(fù)合材料纖維制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，和一種制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的設(shè)備。在本發(fā)明中，使用熱塑性纖維替代粉末或者珠粒型熱塑性樹脂作為復(fù)合材料的基質(zhì)。這樣的熱塑性纖維在高旋轉(zhuǎn)速度下與強(qiáng)化纖維結(jié)合和編織，以制備復(fù)合材料墊。即使在存儲(chǔ)或者運(yùn)輸墊以后，它也可以在任何時(shí)候熔融成為纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材。另外，由于在強(qiáng)化纖維和基質(zhì)樹脂之間的均勻的粘接力，所以通過模制具有均勻分散的纖維的復(fù)合材料墊而得到的本發(fā)明的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材料在接合粘著度上是優(yōu)越的。因此可以制造具有高強(qiáng)度的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。
而且，不論是強(qiáng)化物還是基質(zhì)都是纖維相的。因此，當(dāng)通過使用復(fù)合材料墊饋給設(shè)備以高轉(zhuǎn)速結(jié)合強(qiáng)化纖維和基質(zhì)纖維時(shí)，纖維自行地支持的并且具有與三維結(jié)構(gòu)類似的取向。因此，由復(fù)合材料墊制造的復(fù)合材料板材的抗沖擊強(qiáng)度增強(qiáng)。還有，因?yàn)槔w維相被同時(shí)用作基質(zhì)和強(qiáng)化物，所以在制備的復(fù)合材料墊中的纖維相基質(zhì)的分散狀態(tài)是良好的。同時(shí)，初始分散的纖維能始終保持其物理特性。從而易于處理該復(fù)合材料墊。在開始熔融時(shí)，熱塑性微纖維互相粘著到強(qiáng)化纖維上，從而增加了接合粘接度并且提高了強(qiáng)度。
使用熱塑性樹脂纖維作基質(zhì)樹脂和強(qiáng)化纖維來制備復(fù)合材料墊，使用制造設(shè)備使所述復(fù)合材料墊形成纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材。該復(fù)合材料板材使用加層薄膜或者單向強(qiáng)化纖維之類的加層片加層，以得到性能提高的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。另外，在制造復(fù)合材料板材以后，復(fù)合材料板材在受輥?zhàn)訅簲D的同時(shí)憑借其固有的彈性而膨脹，從而得到具有提高了性能的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料板材。另外，制造復(fù)合材料板材以后，在受輥?zhàn)訅簲D的同時(shí)，復(fù)合材料板材由于其固有的彈性而膨脹，從而得到具有卓越的絕熱特性以及尺寸和分布均勻的泡孔的泡沫輕質(zhì)絕熱復(fù)合材料板材。
盡管為闡述的目的揭示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員將會(huì)理解可以有各種修改、補(bǔ)充和替代，而不偏離所附權(quán)利要求書中揭示的本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種制造纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，通過加熱和壓擠一復(fù)合材料墊使所述纖維強(qiáng)化復(fù)合材料具有高強(qiáng)度，所述復(fù)合材料墊包含結(jié)合和編織在一起的強(qiáng)化纖維和作為基質(zhì)樹脂的熱塑性纖維，所述方法包括以下步驟使所述熱塑性纖維和所述強(qiáng)化纖維原纖維化并結(jié)合，以形成所述復(fù)合材料墊；使所述復(fù)合材料墊分散并揮發(fā)；以及針刺經(jīng)分散和揮發(fā)的復(fù)合材料墊，以在所述墊中的所述強(qiáng)化纖維的取向是固定的情況下，增加在所述墊中的所述強(qiáng)化纖維的分散性，并且保持在所述墊中的所述纖維的卷繞纖維形狀和三維結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，還包括在所述針刺步驟以后使所述復(fù)合材料墊在一預(yù)熱區(qū)中預(yù)熱、熔化、在一擠壓區(qū)中擠壓和模制、并在一冷卻區(qū)中冷卻的步驟，以獲得一復(fù)合材料板材。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，還包括對(duì)通過所述擠壓區(qū)的復(fù)合材料板材重新加熱的步驟，以增加其厚度和寬度，從而憑借所述強(qiáng)化纖維的固有彈性而獲得類泡沫復(fù)合材料板材。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過一連續(xù)的不粘污傳送帶和一磁性輥來增加所述復(fù)合材料墊的厚度和寬度。
5.一種用于制造具有高強(qiáng)度的纖維復(fù)合材料的設(shè)備，包含一原纖維化和結(jié)合裝置，用于使強(qiáng)化纖維和作為基質(zhì)樹脂的熱塑性纖維原纖維化并結(jié)合，以形成一復(fù)合材料墊；一分散和揮發(fā)裝置，用于使所述復(fù)合材料墊分散并揮發(fā)；和一針刺裝置，用于針刺經(jīng)分散和揮發(fā)的復(fù)合材料墊，以在所述墊中的所述強(qiáng)化纖維的取向是固定的情況下，增加在所述墊中的所述強(qiáng)化纖維的分散性，并且保持在所述墊中的所述纖維的卷繞纖維形狀和三維結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中還包含一對(duì)上輥和下輥，用于熔化、擠壓和模制由連續(xù)的不粘污傳送帶傳送的、通過所述針刺裝置的復(fù)合材料墊；以及一具有彈簧裝置的壓力控制裝置，用于加熱和擠壓所述輥，使得熱塑性樹脂纖維熔化，并且通過所述輥使熔化的熱塑性樹脂浸漬到所述強(qiáng)化纖維中，并且用于防止熱塑性樹脂沒有熔化時(shí)所述輥過載。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用復(fù)合材料纖維墊制造多功能纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法及制造設(shè)備，其中使用至少兩種類型的熱塑性纖維和強(qiáng)化纖維制造復(fù)合材料墊或者復(fù)合材料板材，以及通過在用輥?zhàn)訑D壓復(fù)合材料板材的同時(shí)由于強(qiáng)化纖維的固有彈性而具有發(fā)泡孔的輕質(zhì)絕熱板材。所述方法包含使所述熱塑性纖維和強(qiáng)化纖維原纖維化和結(jié)合以形成復(fù)合材料墊，使所述復(fù)合材料墊分散和揮發(fā)，以及針刺經(jīng)分散和揮發(fā)的復(fù)合材料墊。然后，使復(fù)合材料墊在預(yù)熱區(qū)中受預(yù)熱、在擠壓區(qū)中受擠壓和模制，并在冷卻區(qū)中受冷卻，以產(chǎn)生復(fù)合材料板材?？蛇x擇對(duì)復(fù)合材料板材重新加熱，以憑借強(qiáng)化纖維的固有彈性獲得類泡沫復(fù)合材料板材。
文檔編號(hào)D04H1/72GK1622872SQ02828670
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月11日
發(fā)明者徐德鉉, 催炯基, 李湧茂 申請(qǐng)人:卡拉姆技術(shù)株式會(huì)社