Холст с хаотической ориентацией волокон и композитный материал, армированный волокном

Холст с хаотической ориентацией волокон и композитный материал, армированный волокном

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область технического применения

Настоящее изобретение относится к войлоку или холсту с хаотической ориентацией волокон, используемому в качестве заготовки для продукта заданной формы, изготавливаемого из композитного материала, армированного волокном, и к композитному материалу, армированному волокном, полученному из этого холста.

Предпосылки к созданию изобретения

Композитный материал, армированный волокном, в котором использованы углеродные волокна, арамидные волокна, стекловолокна и т.п. в качестве армирующих волокон, широко использовали для производства конструкционных материалов, например, для самолетов и автомобилей, и в обычных отраслях промышленности или в изделиях спортивного назначения, например в теннисных ракетках, рукоятках клюшек для гольфа и в удилищах, в которых используется высокая удельная прочность и удельный модуль упругости этих материалов. Армирующие волокна используют в тканях в виде непрерывных элементарных нитей; в полотнах, в которых элементарные нити ориентированы в одном направлении (ОНЭН); в полотнах с хаотическим расположением волокон, полученных посредством использования штапельных волокон, в нетканых материалах и т.п.

В общем, при применении тканей из непрерывных элементарных нитей, полотен с ОНЭН и т.п. используют усложняющие процессы ламинирования, например ламинирования под различными углами, например, под углами: 0/+45/-45/90, из-за анизотропии волокон, и дополнительные процессы плоскосимметричного ламинирования для предотвращения коробления сформованных продуктов, и эти процессы становятся одними из факторов, ведущих к повышению стоимости композитных материалов, армированных волокном.

Соответственно относительно недорогой композитный материал, армированный волокном, может быть получен посредством использования предварительно приготовленного изотропного холста с хаотической ориентацией волокон. Этот холст с хаотической ориентацией волокон может быть получен посредством применения способа распыления (сухой способ), включающего распыление отдельно штапельных армирующих волокон или одновременное распыление штапельных армирующих волокон и термореактивной смолы в пресс-форме; или применения способа (мокрого способа), включающего добавление предварительно штапелированных армирующих волокон в суспензию, содержащую связующее, с последующим применением бумагоделательного способа. При использовании сухого способа изготовления может быть получен более дешевый холст с хаотической ориентацией волокон, так как применяемое оборудование имеет относительно небольшие размеры.

При использовании сухого способа изготовления обычно применяют технологию штапелирования непрерывных элементарных нитей и одновременного распыления штапельных волокон, и для этого во многих случаях используют вращаемый штапелер. Однако при увеличении расстояния между лезвиями для увеличения штапельной длины волокна частоту резания уменьшают и, таким образом, в результате приходят к прерывистому выпуску штапельного волокна. По этой причине возникает локальная неравномерность поверхностной плотности волокнистого холста. В частности, при изготовлении холста с малой поверхностной плотностью, неравномерность по толщине становится значительной, что приводит к проблеме, заключающейся в ухудшении структуры поверхности.

С другой стороны, другой фактор, вызывающий повышение стоимости композитного материала, армированного волокном, заключается в том, что время формования является продолжительным. Обычно композитный материал, армированный волокном, получают посредством нагрева и прессования материала, называемого «препрегом», в котором основный материал, армированный волокном, предварительно пропитывают термореактивной смолой, и используют автоклав в течение двух часов или более. В последние годы был предложен RTM способ формования, согласно которому основный материал, армированный волокном, не пропитанный смолой, укладывают в пресс-форму, после чего в нее заливают термореактивную смолу, и при этом время формования существенно уменьшается. Однако даже при использовании RTM способа процесс формования одной части занимает 10 минут или более.

По этой причине привлекает внимание композитный материал, получаемый с использованием термопластичной смолы в качестве матрицы, вместо обычной термореактивной смолы. Однако термопластичная смола обычно обладает высокой вязкостью в сравнении с термореактивной смолой, из-за чего время, требующееся для пропитки волокнистого основного материала расплавленной смолой, является продолжительным. В результате, возникла проблема, заключавшаяся в том, что увеличилось время формования.

Для решения этих проблем была предложена технология, получившая называние «формование посредством штампования с использованием термопластичной смолы» (ФШИТПС). Согласно этому способу формования рубленые волокна, предварительно пропитанные термопластичной смолой, нагревают до точки плавления или выше или температуры текучести смолы или выше, и закладывают в часть пресс-формы, после чего пресс-форму сразу же закрывают, и обеспечивают возможность затекания волокна и смолы в пресс-форму, таким образом, обеспечивая форму продукта, после чего выполняют охлаждение с формой формованного изделия. Согласно этой технологии формование может происходить в течение короткого периода времени, составляющего около 1 минуты, посредством использования волокна, предварительно пропитанного смолой. Имеются патентные документы 1 и 2, относящиеся к способам изготовления пучков рубленых волокон и формованных материалов. Однако эти способы относятся к формованию посредством штампования или к способам, в которых используют в качестве формуемых материалов так называемые «листы, пригодные для штампования». При таком формовании посредством штампования с использованием термопластичной смолы волокнам и смоле предоставляют возможность затекания в пресс-форму таким образом, что возникали проблемы, заключавшиеся в невозможности получения качественного тонкостенного изделия, и ориентации волокон нарушается, поскольку ориентация не регулируется.

В качестве средств для изготовления тонкостенного изделия без предоставления возможности волокнам растекания, предлагается технология приготовления тонкого полотна из армирующих волокон посредством использования бумагоделательного способа, после чего предлагается пропитывать полотно смолой для приготовления препрега (см. Патентный документ 3). Согласно способу изготовления бумаги армирующим волокнам обеспечивают возможность равномерного рассеивания в дисперсии таким образом, чтобы армирующие волокна находились в виде отдельных волокон.

Патентный документ 1 - JP-A-2009-114611 (Япония)

Патентный документ 2 - JP-A-2009-114612 (Япония)

Патентный документ 3 - JP-A-2010-235779 (Япония)

Подробное описание изобретения

Проблемы, подлежащие решению посредством использования данного изобретения

Проблемами изобретения являются: создание холста с хаотической ориентацией волокон, используемого в качестве заготовки для получения продукта заданной формы из композитного материала, армированного волокном; и создание композитного материала, армированного волокном, полученного с использованием такого холста. Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению отличается тем, что матрица из термопластичной смолы может быть легко введена посредством пропитки в пучки армирующих волокон и между отдельными армирующими волокнами в холсте с хаотической ориентацией волокон; и таким образом можно получать композитный материал, армированный волокном, с тонкой стенкой, обладающий очень хорошими физико-механическими свойствами.

Средства для решения проблем

Установлено согласно изобретению, что матрица из термопластичной смолы может быть легко введена посредством пропитки и формирования холста с хаотической ориентацией волокон, содержащего термопластичную смолу и армирующие волокна, удовлетворяющего особым условиям образования пучков волокон или рыхления, благодаря которым обеспечивается возможность получения соответствующим образом композитного материала, армированного волокном, таким образом приводя к решению проблем изобретения. Таким образом, изобретение заключается в создании:

- холста, характеризующегося тем, что поверхностная масса волокон армирующих волокон со средней длиной от 5 мм до 100 мм составляет от 25 г/м² до 3000 г/м²; причем холст образованного армирующими волокнами пучка (A), содержащего множество волокон в эквивалентном или большем критического количества отдельных волокон, определяемом по формуле (1), доля пучках (A) армирующих волокон от общего количества армирующих волокон в холсте составляет от 30 объемн. % до менее 90 объемн. %; и тем, что среднее количество (N) отдельных волокон в пучке (A) удовлетворяет формуле (2), где:

критическое количество отдельных волокон = 600/D (1)

0,7×10⁴/D²<N<1×10⁵/D², (2)

где D - средний диаметр (мкм) отдельных армирующих волокон;

- способа изготовления холста с хаотической ориентацией волокон; и

- композитного материала, армированного волокнами, полученного из холста.

Преимущества изобретения

Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению предпочтительно используют в качестве заготовки для формования композитного материала, армированного волокном; и таким образом может быть получен композитный материал, армированный волокном, обладающий очень хорошим внешним видом поверхности. Кроме того, композитный материал, армированный волокном, обладает очень хорошими свойствами, позволяющими уменьшать его толщину, и ему может быть придана изотропность посредством использования холста с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению в качестве заготовки. Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению можно использовать в качестве заготовки для изготовления различных составляющих компонентов, например, внутренних плит, наружных плит и составляющих компонентов автомобилей, различных электроприборов, рам и ящиков машин и т.п.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 проиллюстрирован схематически этап штапелирования;

на фиг.2 изображен один пример (схематический вид спереди и схематическое поперечное сечение) вращаемого, спирального штапелера;

на фиг.3 - один пример (схематический вид спереди и схематическое поперечное сечение) вращаемого штапелера, разделяющего волокна;

на фиг.4 - один пример (схематические виды спереди и в перспективе) штапелера, содержащего лезвия, параллельные направлению волокон.

Наилучший способ осуществления изобретения

Варианты осуществления изобретения, приведенные в качестве примеров, в свою очередь, описаны ниже.

Холст с хаотической ориентацией волокон

Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению содержит: армирующие волокна, имеющие среднюю длину от 5 мм до 100 мм; и термопластичную смолу; поверхностная масса армирующих волокон в холсте составляет от 25 г/м² до 3000 г/м²; для пучка (А) армирующих волокон, содержащего отдельные волокна в эквивалентном или большем критического количестве отдельных волокон, определяемом по формуле (1), отношение их к общему количеству армирующих волокон в холсте составляет от 30 объемн. % до менее 90 объемн. %; где:

критическое количество отдельных волокон = 600/D (1)

0,7×10⁴/D²<N<1×10⁵/D², (2)

где D - средний диаметр (мкм) армирующих волокон.

В плоскости холста с хаотической ориентацией волокон армирующие волокна не ориентированы в определенном направлении, а рассеяны и расположены хаотически в различных направлениях.

Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению является в его плоскости изотропным материалом. При формовании продукта с использованием холста с хаотической ориентацией волокон изотропность холста с хаотической ориентацией волокон также сохраняется в сформованном продукте. Изотропность холста с хаотической ориентацией волокон и сформованного с использованием такого холста продукта может быть количественно вычислена посредством получения сформованного продукта с использованием холста с хаотической ориентацией волокон и определения отношения модулей упругости при растяжении в двух направлениях, расположенных под прямым углом друг к другу. Если большее значение модуля упругости, из полученных значений модулей упругости в двух направлениях, разделить на меньшее и если при этом их отношение не превышает 2, то считается, что холст является изотропным. Если отношение не превышает 1,3, считается, что холст обладает очень хорошей изотропностью.

Поверхностная масса волокон с хаотической ориентацией волокон находится в диапазоне от 25 г/м² до 3000 г/м². Холст с хаотической ориентацией волокон пригоден в качестве препрега, и могут быть выбраны различные поверхностные плотности холста согласно требующимся параметрам формования.

Армирующее волокно

Армирующие волокна, из которых формируют холст с хаотической ориентацией волокон, являются штапельными, и включают армирующие волокна, имеющие определенный диапазон длин, благодаря чему при их применении они могут выполнять армирующие функции. Длину волокон выражают значением средней длины волокон, определяемой посредством измерения длины армирующих волокон в полученном холсте с хаотической ориентацией волокон. Способы измерения средней длины волокон включают: измерение длины 100 волокон с точностью до 1 мм, произвольно выбранных и извлеченных из холста с использованием штангенциркуля или подобного инструмента; и вычисление их средней длины.

Средняя длина армирующих волокон в холсте с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению составляет от 5 мм до 100 мм, предпочтительно - от 10 мм до 100 мм, более предпочтительно - от 15 мм до 100 мм, а еще более предпочтительно - от 15 мм до 80 мм. Кроме того, предпочтительно, чтобы длина армирующих волокон составляла от 20 мм до 60 мм.

При штапелировании армирующих волокон определенной длины для изготовления холста с хаотической ориентацией волокон согласно предпочтительному способу штапелирования армирующих волокон, описанному ниже, средняя длина волокон становится приблизительно эквивалентной штапельной длине волокон.

Армирующие волокна, составляющие холст с хаотической ориентацией волокон, предпочтительно представляют собой, по меньшей мере, один вид волокон, выбранный из группы, состоящей из углеродных волокон, арамидных волокон и стекловолокон. Эти волокна можно также использовать вместе и, прежде всего, однако углеродные волокна являются предпочтительными потому, что при их использовании может быть получен более легкий и обладающий очень хорошими прочностными свойствами композитный материал. В случае использования углеродных волокон средний диаметр волокон предпочтительно составляет от 3 мкм до 12 мкм, а более предпочтительно - от 5 мкм до 7 мкм.

При использовании армирующих волокон предпочтительно использовать их с нанесенным на них клеящим веществом, и клеящее вещество предпочтительно составляет от более чем 0 масс. частей до 10 масс. частей в расчете на 100 масс. частей армирующих волокон.

Степень рыхления волокна

Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению отличается тем, что он образован пучком (А) армирующих волокон, содержащим армирующие волокна в по меньшей мере критическом количестве отдельных волокон, определяемом по формуле (1), отношение армирующих волокон пучка (A) к общему количеству армирующих волокон в холсте составляет от 30 объемн. % до менее 90 объемн. %; где

критическое количество отдельных волокон = 600/D, (1)

где D - средний диаметр (мкм) армирующих волокон.

В холсте присутствуют отдельные волокна или пучки волокон, каждый из которых состоит из отдельных волокон, количество которых меньше критического количества отдельных волокон, где отдельные армирующие волокна отличаются от волокон в пучках (A) армирующих волокон.

Это означает, что в холсте с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению имеющееся количество волокон в пучках (A) армирующих волокон, каждый из которых состоит из отдельных волокон, эквивалентно или больше критического количества отдельных волокон, определяемого по формуле (1), можно регулировать в диапазоне от 30 объемн. % до менее 90 объемн. %, в зависимости от среднего диаметра волокон. Это означает, что степень рыхления армирующих волокон можно регулировать таким образом, чтобы количество волокон в пучках армирующих волокон, каждый из которых состоит из армирующих волокон, было эквивалентно или больше определенного количества волокон, и чтобы в холсте содержались разрыхленные армирующие волокна, отличные от волокон в пучках, в определенном соотношении. Для регулирования имеющегося количества волокон в пучках (A) армирующих волокон в диапазоне от 30 объемн. % или более до менее 90 объемн. %, можно, например, регулировать давление воздуха, подаваемого на этапе рыхления волокна, и т.п. Кроме того, регулирование можно также осуществлять посредством регулирования размера, например, ширины пучка волокон или количества волокон, приходящихся на ширину пучка, т.е. пучка волокон, подлежащего обработке на этапе штапелирования. Конкретные примеры этого включают: способ увеличения ширины пучка волокон посредством рыхления волокна или подобного воздействия с последующей обработкой на этапе штапелирования; и способ, включающий этап продольного резания до этапа штапелирования; и дополнительно включают способ штапелирования пучка волокон посредством использования так называемого «ножа для разделения волокон», в котором установлено много коротких лезвий; и способ продольного резания и одновременного штапелирования пучка волокон. Предпочтительные условия описаны в разделе «Этап рыхления волокна».

В случае, если доля армирующих волокон пучка (А) от общего количества армирующих волокон в холсте составляет менее 30 объемн. %, то становится сложно получать композитный материал, армированный волокном, обладающий очень хорошими физико-механическими свойствами при формовании холста с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению, хотя благоприятным фактором является то, что полученный композитный материал обладает очень хорошим внешним видом поверхности. В случае, если доля объема волокон в пучках (A) армирующих волокон от общего объема армирующих волокон в холсте составляет 90 объемн. % или более, то перекрещивающиеся части волокон становятся локально толстыми, что приводит в результате к невозможности получения тонкостенного изделия. Это приводит к невозможности достижения цели изобретения. Доля армирующих волокон пучка (А) от общего количества армирующих волокон в холсте более предпочтительно составляет от 30 объемн. % до менее 80 объемн. %.

Кроме того, среднее количество (N) волокон в пучках (A) армирующих волокон, каждый из которых состоит из волокон, эквивалентное или большее критического количества отдельных волокон, удовлетворяет следующей формуле (2):

0,7×10⁴/D²<N<1×10⁵/D², (2)

где D - средний диаметр (мкм) армирующих волокон.

Прежде всего, среднее количество (N) волокон в пучках (A) армирующих волокон, каждый из которых состоит из волокон, эквивалентное или большее критического количества отдельных волокон, составляет предпочтительно менее (6×10⁴/D²). Для подрегулирования среднего количества (N) волокон в пучках (A) армирующих волокон до упомянутого выше диапазона, регулирование может быть также осуществлено посредством регулирования размера, например ширины пучка волокон или количества волокон, приходящихся на ширину пучка волокон, подлежащего обработке на этапе штапелирования, в предпочтительном способе изготовления, описанном ниже. Конкретные примеры этого включают: способ увеличения ширины пучка волокон посредством рыхления волокна и т.п., с последующей обработкой на этапе штапелирования; и способ обеспечения этапа продольного резания до этапа штапелирования. Кроме того, пучок волокон можно резать в продольном направлении одновременно с процессом штапелирования.

Кроме того, также возможно регулирование среднего количества (N) волокон в пучках (A) армирующих волокон посредством регулирования степени рыхления пучка штапельных волокон давлением потока воздуха, подаваемого на этапе рыхления волокна и т.п. Предпочтительные условия описаны в разделах: «Этап рыхления волокна» и «Этап штапелирования».

Более конкретно, когда средний диаметр углеродных волокон, из которых формируют холст с хаотической ориентацией волокон, составляет от 5 мкм до 7 мкм, критическое количество отдельных волокон составляет от 86 до 120. Когда средний диаметр углеродных волокон составляет 5 мкм, среднее количество волокон в пучках волокон составляет в диапазоне от более 280 до менее 4000. Прежде всего, это количество предпочтительно составляет от 600 до 2500, а более предпочтительно - от 600 до 1600. Когда средний диаметр углеродных волокон составляет 7 мкм, среднее количество волокон в пучках составляет в диапазоне от более 142 до менее 2040. Прежде всего, это количество предпочтительно составляет от 300 до 1500, а более предпочтительно - от 300 до 800.

Когда среднее количество (N) волокон в пучках (A) армирующих волокон составляет (0,7×10⁴/D²) или менее, то становится сложно получать композитный материал с большим содержанием волокон в объеме (СВО). Кроме того, когда среднее количество (N) волокон в пучках (A) армирующих волокон составляет (1×10⁵/D²) или более, локально появляются толстые части, из-за чего образуются пустоты.

Когда предполагается получать композитный материал, имеющий малую толщину, составляющую 1 мм или менее, использование только просто отделенных волокон приводит в результате к большой неравномерности по плотности, что мешает достижению хороших физических свойств. Кроме того, когда разрыхлены все волокна, становится легко получать более тонкий холст. Однако из-за перекрещивания волокон повышается вероятность невозможности получения холста, обладающего большим содержанием волокон в объеме. Становится возможным получение тонкого холста с хаотической ориентацией волокон, обладающего очень хорошими физическими свойствами, получаемого из холста с хаотической ориентацией волокон, в котором одновременно присутствуют: пучки (A) армирующих волокон, каждый из которых состоит из отдельных волокон, количество которых эквивалентно или больше критического количества отдельных волокон, определяемого по формуле (1); и армирующие волокна (B), находящиеся в состоянии отдельных волокон или состоящие из отдельных волокон, количество которых меньше критического количества отдельных волокон.

Толщину холста с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению можно регулировать и можно также соответствующим образом получать, используя этот холст в качестве заготовки, тонкостенный формованный продукт, имеющий толщину от около 0,2 мм до 1,0 мм. Это означает, что согласно изобретению, холст с хаотической ориентацией волокон может быть приготовлен таким образом, чтобы он подходил по толщине для формования различных продуктов желаемой формы и был пригоден в качестве заготовки для изготовления тонкого формованного продукта, особенно, например, продукта, содержащего поверхностный слой из трехслойного материала.

Термопластичная смола

Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению содержит твердую термопластичную смолу и его используют в качестве заготовки для получения композитного материала, армированного волокном. В холсте с хаотической ориентацией волокон термопластичная смола предпочтительно присутствует в волокнистой форме и/или в форме макрочастиц. Армирующие волокна и термопластичная смола в волокнистой форме и/или в форме макрочастиц присутствуют в смешанном состоянии, благодаря чему становится необязательным обеспечение возможности затекания в пресс-форму волокна и смолы, и термопластичной смолой может быть легко пропитан пучок (A) армирующих волокон и залиты пространства между отдельными армирующими волокнами во время формования. Термопластичной смоле предпочтительно придают волокнистую форму и/или форму макрочастиц. Можно использовать два или большее количество видов термопластичной смолы и, кроме того, можно использовать вместе термопластичную смолу в волокнистой форме и в форме макрочастиц.

В случае использования термопластичной смолы в волокнистой форме тонина волокон из нее предпочтительно составляет от 100 дтекс до 5000 дтекс, а более предпочтительно - от 1000 дтекс до 2000 дтекс. Средняя длина волокна из термопластичной смолы предпочтительно составляет от 0,5 мм до 50,0 мм, а более предпочтительно - от 1 мм до 10 мм.

В случае использования термопластичной смолы в форме макрочастиц, предпочтительно, чтобы частицы имели, например, сферическую форму, форму полосок или цилиндрическую форму, например, форму гранул. В случае использования сферической формы, предпочтительно, чтобы она представляла собой тело вращения правильного круга или эллипса, или чтобы она имела, например, яйцевидную форму. В случае использования сферической формы средний размер частицы предпочтительно составляет от 0,01 мкм до 1000,0 мкм, более предпочтительно - от 0,1 мкм до 900,0 мкм, а еще более предпочтительно - от 1 мкм до 800 мкм. Хотя не существует конкретных ограничений, накладываемых на распределение размеров частиц, резкие границы в распределении являются более предпочтительными для получения более тонкого сформованного продукта. Однако можно использовать желаемое распределение размеров частиц, получаемое, например, посредством сортировки.

В случае использования термопластичной смолы в форме полосок, предпочтительно использовать цилиндрическую форму, например, форму гранул, призматическую форму или форму чешуек; а также предпочтительно получать прямоугольную форму посредством конечного разрезания пленки. В этом случае может быть обеспечена возможность соблюдения в определенной степени соотношения размеров, но предпочтительно следует считать, что длина частиц должна быть в том же диапазоне, как и в случае использования упомянутой выше волокнистой формы.

Виды термопластичной смолы включают, например: поливинилхлоридную смолу, поливинилиденхлоридную смолу, винилацетатную смолу, поливиниловый спирт, полистирольную смолу, акрилонитрилстирольную смолу (АС смолу), акрилонитрилбутадиенстирольные смолы (АБС смолы), акриловую смолу, метакриловую смолу, полиэтиленовую смолу, полипропиленовую смолу, полиамид-6, полиамид-11, полиамид-12, полиамид-46, полиамид-66, полиамид-610, полиформальдегидную смолу, поликарбонат, полиэтилентерефталат, полиэтиленнафталат, полибутилентерефталат, полибутиленнафталат, полиакрилат, полифениленэфир, полифениленсульфид, полисульфоновую смолу, полиэфирсульфоновую смолу, полиэфирэфиркетоновую смолу, полимолочную кислоту и т.п. Эти термопластичные смолы можно использовать либо отдельно, либо в сочетании из множества смол.

Имеющееся количество термопластичной смолы в холсте с хаотической ориентацией волокон предпочтительно составляет от 50 до 1000 масс. частей в расчете на 100 масс. частей армирующих волокон. Более предпочтительно - от 55 до 500 масс. частей в расчете на 100 масс. частей армирующих волокон, а еще более предпочтительно - от 60 до 300 масс. частей в расчете на 100 масс. частей армирующих волокон.

Другие агенты

Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению может содержать добавки, например: различные волокнистые или неволокнистые наполнители из органических или неорганических волокон; огнезащитный состав; агент, стойкий к ультрафиолетовому излучению (УФ); пигмент; антиадгезив; мягчитель; пластификатор и поверхностно-активное вещество, в пределах, не нарушающих цель изобретения.

Способ изготовления

Ниже описан предпочтительный способ получения холста с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению. Холст с хаотической ориентацией волокон согласно изобретению предпочтительно изготавливают, выполняя следующие этапы 1-4:

1. Этап штапелирования армирующих волокон.

2. Этап введения штапельных армирующих волокон в трубу и рыхления пучка волокон с помощью потока раздувающего воздуха, направляемого на пучки волокон.

3. Этап нанесения, включающий рассеивание и одновременное отсасывание разрыхленных армирующих волокон, вместе с термопластичной смолой в волокнистой форме и/или в форме макрочастиц, и распыление армирующих волокон и термопластичной смолы.

4. Этап фиксации нанесенных армирующих волокон и термопластичной смолы.

Это означает, что изобретение включает способ изготовления холста с хаотической ориентацией волокон, включающий упомянутые выше этапы 1-4. Соответствующие этапы описаны подробно ниже.

Этап штапелирования

Способ штапелирования армирующих волокон в соответствии с изобретением является специальным этапом штапелирования армирующих волокон посредством использования ножа. Если для штапелирования используют нож, то предпочтительно, чтобы в качестве такого устройства использовали вращаемый штапелер или подобный механизм. В качестве вращаемого штапелера предпочтительно используют устройство, снабженное спиральным ножом или так называемым «ножом для разделения волокон», в котором установлено множество коротких лезвий. На фиг.1 схематически проиллюстрирован особый этап штапелирования. Один пример вращаемого штапелера, содержащего спиральный нож, показан на фиг.2, и один пример вращаемого штапелера, содержащего нож для разделения волокон, показан на фиг.3.

Для подрегулирования среднего количества (N) волокон в пучках (A) армирующих волокон до предпочтительного диапазона согласно изобретению, регулирование предпочтительно осуществляют посредством регулирования размера пучка волокон, например ширины пучка или количества волокон, приходящихся на ширину пучка, подлежащего обработке на этапе штапелирования.

При использовании пучка волокон для штапелирования предпочтительно используют пучок армирующих волокон, содержащий количество волокон в диапазоне согласно формуле (2). Однако обычно, чем меньше количество волокон в пучке, тем выше становится стоимость волокна. Таким образом, при использовании пучка армирующих волокон, содержащего большое количество волокон, доступного по невысокой цене, пучок волокон предпочтительно подвергают обработке на этапе штапелирования после подрегулирования ширины или количества волокон, приходящихся на ширину пучка волокон, подлежащего обработке на этапе штапелирования. Конкретные примеры этого способа включают расширение с одновременным утонением пучка волокон посредством рыхления или подобного действия для увеличения ширины пучка, с последующей обработкой на этапе штапелирования; и обеспечение этапа продольного резания до этапа штапелирования. В случае обеспечения этапа предварительного продольного резания пучок волокон подвергают обработке на этапе штапелирования после предварительного измельчения. Соответственно в качестве штапелера можно использовать обычный плоский нож, спиральный нож и т.п. без применения специального механизма.

Кроме того, примеры этого включают способ штапелирования пучка волокон посредством использования ножа для разделения волокон и способ продольного резания пучка волокон одновременно со штапелированием посредством использования штапелера, обладающего функцией продольного резания.

В случае использования ножа для разделения волокон среднее количество (N) волокон может быть уменьшено посредством использования ножа малой ширины; и наоборот, среднее количество (N) волокон может быть увеличено посредством использования ножа большой ширины.

Кроме того, на фиг.4 представлен пример штапелера, обладающего функцией продольного резания, с лезвиями, обладающими функцией продольного резания, параллельными направлению волокон, в добавление к лезвиям, перпендикулярным к направлению волокон. Штапелер, показанный на фиг.4, содержит короткие лезвия, перпендикулярные направлению волокон, расположенные по спирали с определенными интервалами, и одновременно с процессом штапелирования этими лезвиями волокна можно резать в продольном направлении лезвиями, параллельными направлению волокон.

В устройстве для разделения волокон, показанном на фиг.2, могут быть также установлены лезвия, параллельные направлению волокон, между ножами для отделения волокон.

Для получения холста с хаотической ориентацией волокон для армирования термопластичной смолы, обладающего очень хорошим внешним видом поверхности, местная неравномерность поверхностной массы волокон оказывает значительное влияние. При использовании вращаемого штапелера, в котором установлено обычное плоское лезвие, волокна разрезают на отдельные части. При введении волокон, как таковых, в этап нанесения, имеет место неравномерность поверхностной плотности волокнистого холста. Соответственно можно формировать холст с небольшой неравномерностью поверхностной плотности посредством непрерывного штапелирования волокон посредством использования ножа, расположенного под определенным углом. Это означает, что для непрерывного штапелирования армирующих волокон нож предпочтительно установлен на вращаемом штапелере регулярно под определенным углом. Волокна предпочтительно штапелируют таким образом, чтобы угол между окружным направлением и направлением расположения ножа удовлетворял следующей формуле (3):

Шаг между ножами = ширина жгута

армирующих волокон × tg(90-θ), (3)

где θ - угол между окружным направлением и направлением расположения ножа.

Шаг между лезвиями в окружном направлении отражается, как таковой, на длине армирующих волокон.

На фиг.2-4 показаны примеры ножей, у которых угол определяется так, как это описано выше, и угол θ между окружным направлением и направлением расположения ножа в этих штапелерах показан на чертежах.

Этап рыхления волокна

Этап рыхления волокна согласно способу в соответствии с изобретением является этапом рыхления пучка волокон посредством введения штапельных армирующих волокон в трубу и направления на волокна потока раздувающего воздуха. Степень рыхления волокна, имеющееся количество пучков (A) армирующих волокон и среднее количество (N) волокон в пучках (A) армирующих волокон можно соответствующим образом регулировать посредством давления потока воздуха или подобным образом. На этапе рыхления волокна армирующие волокна могут быть разрыхлены посредством непосредственного направления потока раздувающего воздуха на пучок волокон со скоростью воздушного потока от 1 м/с до 1000 м/с, предпочтительно - через отверстия для прохода сжатого воздуха. Скорость воздушного потока предпочтительно составляет от 5 м/с до 500 м/с, а более предпочтительно - от более чем 50 м/с до 500 м/с. Более конкретно, в трубе, через которую пропускают армирующие волокна, в нескольких ее местах, выполнены отверстия диаметром от около 1 мм до 2 мм; давление воздуха составляет от 0,01 МПа до 1,0 МПа, более предпочтительно - от около 0,2 МПа до 0,8 МПа; поток сжатого воздуха направляют снаружи непосредственно на пучок волокон. Пучок волокон может быть в большей степени сохранен посредством уменьшения скорости воздушного потока, и наоборот, пучок волокон может быть разрыхлен до отдельных волокон посредством увеличения скорости воздушного потока.

Этап нанесения

Этап нанесения согласно способу в соответствии с изобретением образован этапами отсасывания разрыхленных армирующих волокон вместе с термопластичной смолой в волокнистой форме и/или в форме частиц одновременно с их рассеиванием и распыления армирующих волокон и термопластичной смолы. Разрыхленные армирующие волокна и термопластичную