專利名稱：利用流體浸濕纖維的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用流體浸濕纖維的裝置和方法。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料被區(qū)分成包括短纖維的復(fù)合材料和包括長纖維或連續(xù)纖維的復(fù)合材料。連續(xù)纖維經(jīng)常用于產(chǎn)生較大組分的纖維增強(qiáng)聚合物材料，例如，用于船舶工業(yè)和飛機(jī)工業(yè)、用于容器以及用于風(fēng)輪機(jī)風(fēng)輪葉片。通過利用聚合物和結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)纖維制造那些復(fù)合材料，困難之一是要獲得聚合物材料到這些纖維的充分滲透以及利用聚合物材料對這些纖維的徹底植入。這種利用流體或熔融材料到纖維的滲透或?qū)w維的植入在這以前被稱為或者將在這里被稱為利用流體“浸濕”纖維。因此，“浸濕”纖維在這里的確還意味著“浸漬”纖維。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的已知生產(chǎn)技術(shù)之一是長絲卷繞技術(shù)。如圖2所示，這種技術(shù)使用長絲纖維，即連續(xù)纖維。纖維束或纖維繩F利用熔融聚合物材料或液體聚合物材料浸濕，并且沿特定的方向卷繞在旋轉(zhuǎn)心軸M上?？商娲?，濕潤的、拉緊的纖維可以放置在模具中。正常情況下，通過導(dǎo)引這些纖維通過聚合物材料的開放式浴0B，如圖2所示，或者通過引導(dǎo)它們通過具有濕潤表面的轉(zhuǎn)筒來浸濕這些纖維。作為這種生產(chǎn)技術(shù)的缺點，該開放式浸濕系統(tǒng)使工作人員接觸到有害氣體。另外， 該裝置的清潔費力、耗時而且昂貴。這種已知裝置的另一缺點在于這樣的事實，即空氣滯留到聚合物材料中，這導(dǎo)致濕潤纖維的質(zhì)量降低，從而導(dǎo)致最后的纖維增強(qiáng)產(chǎn)品的硬度、強(qiáng)度和疲勞特性降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種利用流體浸濕纖維的改進(jìn)裝置和改進(jìn)方法，其有效、對人體和環(huán)境無害，并且其比本領(lǐng)域已知浸濕裝置和方法更徹底地浸濕纖維。本發(fā)明的目的由權(quán)利要求1和權(quán)利要求14的特征來實現(xiàn)。本發(fā)明的另外方面是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明涉及利用流體浸濕纖維的裝置。該裝置包括通道，適于引導(dǎo)一根或多根纖維從該通道的入口端經(jīng)過該通道到該通道的出口端。流體供應(yīng)裝置被耦接到該通道，其中該流體供應(yīng)裝置適于容納流體。抽吸裝置耦接到該通道，以抽吸由該流體供應(yīng)裝置供應(yīng)的流體到該通道中，以便浸濕經(jīng)過的一根或多根纖維。而且，本發(fā)明涉及一種利用流體浸濕纖維的方法。該方法包括導(dǎo)引一根或多根纖維進(jìn)入并通過通道的步驟。另外，該方法包括抽空該通道并將流體抽吸到該通道中。有利地，通過抽空該通道，去除了空氣或其它氣體分子。該流體利用抽吸裝置至少部分被吸入或抽吸到該通道中，其中該流體由流體供應(yīng)裝置供應(yīng)或提供。
而且，該方法包括在一根或多根纖維經(jīng)過該通道的同時將該流體保持或保留在該通道中的步驟。作為該創(chuàng)造性裝置和方法的優(yōu)點，均不會使工作人員和環(huán)境接觸到有害氣體。該創(chuàng)造性裝置和方法的另一優(yōu)點在于這樣的事實，即與已知浸濕裝置和方法相比提高了該創(chuàng)造性裝置和方法的浸濕質(zhì)量和效率。有利地，減小了在該流體中和最后的濕潤纖維中的滯留空氣的數(shù)量和體積。因此， 最后的纖維增強(qiáng)產(chǎn)品提高了硬度和強(qiáng)度并且具有更好的疲勞特性。如果纖維束或纖維繩前進(jìn)穿過該通道，則還去除了該束或該繩的單根纖維之間的空氣。有利地，這導(dǎo)致改進(jìn)了這些束或繩的浸濕。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在該通道中產(chǎn)生了高真空，這進(jìn)一步提高了去除空氣的效果并且使該流體更好地滲透到這些纖維中并且利用該流體更徹底地植入這些纖維。有利地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過使該通道暴露于超聲波和/或給該通道加熱和/或給這些纖維預(yù)熱來增強(qiáng)和/或加速這些纖維的浸濕。


下面將作為示例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。附1示出了優(yōu)選的配置，并且并非限制本發(fā)明的范圍。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的橫截面視圖。圖2示出前述現(xiàn)有技術(shù)已知的利用流體浸濕纖維的裝置。
具體實施例方式如圖1所示，該裝置包括具有纖維入口端5和纖維出口端6并且由浸濕裝置主體 4封裝的浸濕通道8。浸濕通道8適于引導(dǎo)一根或多根長絲纖維1，一根或多根長絲纖維1從浸濕通道8 的入口端5通過通道8被傳送到浸濕通道8的出口端6。入口噴嘴5a布置在浸濕通道8的纖維入口端5處，并且出口噴嘴6a布置在浸濕通道8的纖維出口端6處。纖維1，即單根長絲纖維或長絲纖維束或長絲纖維繩，通過入口噴嘴5a插入到浸濕通道8中。如果纖維束1或纖維繩1插入到浸濕通道8中，則這些纖維1在通道8的入口端 5處緊緊壓在一起。因此，減少了流入到浸濕通道8的空氣。然后，拉緊的纖維1在兩個通道端5、6處的噴嘴5a、6a的引導(dǎo)下經(jīng)過浸濕通道8。其后，纖維1通過出口噴嘴6a離開浸濕通道8。這里，這些纖維1例如可以由像滾筒等等之類的牽拉裝置傳送出該浸濕通道。雖然可以在浸濕通道8中浸濕單根纖維、纖維束以及纖維繩，但在下面將利用經(jīng)過通道8的纖維束1的示例來描述本發(fā)明，如圖1所示。在本發(fā)明的一個實施例中，入口噴嘴5a的尺寸是根據(jù)待浸濕纖維束1的直徑可變的。同樣，入口噴嘴5a可以是可更換的，以根據(jù)束1的直徑進(jìn)行選擇。在本發(fā)明的又一實施例中，出口噴嘴6a是尺寸可變的，以獲得具有預(yù)定纖維一流體比的濕潤纖維束1。出口噴嘴6a還可以是可更換的，以根據(jù)濕潤纖維束1所需的纖維一流體比進(jìn)行選擇。此外，該裝置包括流體供應(yīng)裝置10、2。如圖1所示，該流體供應(yīng)裝置10、2連接到通道8的開口 lib。開口 lib形成浸濕通道8的流體進(jìn)入端口
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖1所示，這個開口 lib被定位成與浸濕通道8的出口端 5相鄰，使得流體能夠相對于纖維束1的前進(jìn)方向逆流。流體的逆流增強(qiáng)對纖維1的浸濕。流體供應(yīng)裝置10、2包括閥7b，以控制供應(yīng)流體給浸濕通道8。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，閥7b能夠被電動控制。然而，閥7b還能夠手動控制或以另外的方式進(jìn)行控制。另外，流體供應(yīng)裝置10、2包括蓄液器2或流體箱2，其能夠并且用于容納該流體。 蓄液器2經(jīng)由供應(yīng)導(dǎo)管10、供應(yīng)管道10等等連接到浸濕通道8。在本發(fā)明的一個實施例中，蓄液器2布置在通道8下面。因此，上升的空氣泡可以容易被排空。一般而言，流體或潤濕劑為熔融材料或溶液。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，使用熔融的聚合物材料。該聚合物材料被加熱直到達(dá)到預(yù)定的粘性，而后用于浸濕經(jīng)過通道8的纖維1。在本發(fā)明的另一實施例，該裝置包括用于加熱通道8的加熱裝置，其未在圖1中示出。該加熱裝置被布置在浸濕通道8附近，并且用于降低通道8中的流體的粘性。另外的加熱裝置(其也未示出)可以形成該裝置的用于在將這些纖維引入到浸濕通道8之前對這些纖維進(jìn)行預(yù)熱的部件。而且，抽吸裝置9被耦接到浸濕通道8。它們用于對通道8進(jìn)行抽空，即抽真空。 因此，去除了空氣或其它氣體分子，并且至少在浸濕通道8中產(chǎn)生局部真空。該流體借助于負(fù)壓被吸入或抽吸到通道8中，而后在纖維束1經(jīng)過通道8的同時保留在浸濕通道8中。該抽吸裝置包括真空泵，其未在圖1中示出。除此之外，該抽吸裝置可以包括用來控制通道8中的真空的閥7a。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，閥7a能夠被電動控制。然而，閥 7a還能夠手動控制或以另一方式進(jìn)行控制。如圖1所示，該抽吸裝置9連接到浸濕通道8的開口 11a。開口 Ila充當(dāng)通道8的抽空端口。優(yōu)選地，這個開口 Ila被定位成與該通道8的入口端5相鄰。通過將抽吸裝置 9連接到入口端5附近的通道8以及出口端6附近的流體供應(yīng)裝置10、2，促進(jìn)了通道8內(nèi)的真空或負(fù)壓的產(chǎn)生。在本發(fā)明的一個實施例中，該抽吸裝置能夠并用于在浸濕通道8中產(chǎn)生高真空。 通過在通道8中產(chǎn)生高真空，來改進(jìn)將這些纖維1緊緊壓在一起并且從通道8去除任何氣體的效果。而且，浸濕通道8包括布置在通道8的入口端5與出口端6之間的空腔。該空腔以這樣的方式被設(shè)計，即在一根或多根纖維被導(dǎo)引進(jìn)入該空腔和/或穿過該空腔前進(jìn)時能夠在該空腔中產(chǎn)生真空。為此，該空腔的體積大于該空腔中纖維1的體積，以便使能夠或促進(jìn)通道8內(nèi)的真空的產(chǎn)生。這里“該空腔中的纖維1的體積”指在產(chǎn)生真空時刻這些纖維在該空腔中的部分的體積。在本發(fā)明的另一實施例中，該裝置包括該空腔中的凹部12b，其定位在前述用于流體供應(yīng)的通道開口 lib (其定位成與浸濕通道8的出口端5相鄰)的對面。凹部12b的直徑和深度與對面開口 lib的直徑大致相同。凹部12b支持在通道8中建立穩(wěn)定的流體邊界。在本發(fā)明的又一實施例中，該裝置包括該空腔中的凹部12a，其在前述定位成與浸濕通道8的入口端5相鄰的通道開口 Ila對面。這個凹部12a直徑和深度與對面通道開口 Ila的直徑大致相同。凹部12a支持在通道8中產(chǎn)生真空，其至少為局部真空。在本發(fā)明的另一實施例，超聲波發(fā)射器(未示出)以這種方式被布置，即浸濕通道8 能夠暴露于超聲波以便改進(jìn)纖維1的浸濕。而且，可以在通道8的纖維出口端5附近提供用于冷卻離開通道8的濕潤纖維(3) 的冷卻裝置。如前所述，經(jīng)過通道8的一根或多根光纖1可以包括單根長絲纖維或長絲纖維束或長絲纖維繩。纖維1選自玻璃纖維、碳纖維、芳香尼龍纖維、金屬纖維和有機(jī)纖維的組。根據(jù)本發(fā)明的用于浸濕纖維的方法包括導(dǎo)引一根或多根纖維1進(jìn)入或通過通道8 的步驟。而且，該方法包括抽空通道8并且至少部分地抽吸流體到通道8中。這里，“抽空通道”意味著從該通道的體積去除氣體分子，以便至少留下部分真空。該通道由抽吸裝置9 (例如，真空泵或高真空泵)抽空。除此之外，由流體供應(yīng)裝置10、2供應(yīng)的流體借助于負(fù)壓被吸入或抽吸到該通道中。該方法進(jìn)一步包括在一根或更多纖維1經(jīng)過通道8的同時將該流體保持在通道8 中的步驟。在本發(fā)明的一個實施例中，該方法進(jìn)一步包括控制一根或多根纖維1、3的行進(jìn)速度和/或通道8中的真空條件和/或通道8中的流體量和/或該流體的粘性以便改進(jìn)纖維 1的浸濕的步驟。這些控制步驟中的任一步驟允許改進(jìn)纖維1的浸濕。
權(quán)利要求
1.利用流體浸濕纖維的裝置，包括通道(8)，適于將一根或多根纖維(1)從所述通道(8)的入口端(5)經(jīng)過所述通道(8) 引導(dǎo)到所述通道(8)的出口端(6)；和流體供應(yīng)裝置(10、2)，其耦接到所述通道(8)，其中所述流體供應(yīng)裝置(10、2)適于容納流體；和抽吸裝置(9)，其耦接到所述通道(8)，以將所述流體供應(yīng)裝置(10、2)供應(yīng)的流體抽吸到所述通道(8)中，以便浸濕經(jīng)過的所述一根或多根纖維(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 其中發(fā)射裝置以這樣的方式被布置，即所述通道(8)能夠被暴露于超聲波，以便改進(jìn)所述纖維(1)的浸濕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中加熱裝置被提供以加熱所述通道(8)和/或預(yù)熱所述纖維(1)，以便改進(jìn)所述纖維 (1)的浸濕。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中入口噴嘴(5a)布置在所述通道(8)的所述入口端(5)處，和/或出口噴嘴(6a)布置在所述通道(8)的出口端(6)處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述入口噴嘴(5a)是根據(jù)所述一根或多根纖維(1)的直徑可變尺寸或可更換的， 和/或其中所述出口噴嘴(6a)是可變尺寸的或可更換的，以便獲得具有預(yù)定纖維一流體比的濕潤纖維(3)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述抽吸裝置(9 )和/或所述流體供應(yīng)裝置(10、2 )包括閥(7a、7b )。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述抽吸裝置(9)連接到所述通道(8)的第一開口(11a)，所述第一開口定位成與所述通道(8)的所述入口端(5)相鄰，并且所述流體供應(yīng)裝置(10、2)連接到所述通道(8) 的第二開口(11b)，所述第二開口定位成與所述通道(8)的所述出口端(6)相鄰。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述抽吸裝置(9)包括真空泵，和/或所述流體供應(yīng)裝置(10、2)包括蓄液器(2)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述通道(8 )包括布置在所述通道(8 )的所述入口端(5 )與所述出口端(6 )之間的空腔，其中所述空腔以這樣的方式被設(shè)計，即在所述一根或多根纖維(1)被導(dǎo)引進(jìn)入所述空腔或穿過所述空腔前進(jìn)時能夠在所述空腔中產(chǎn)生真空。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述抽吸裝置(9)能夠在所述通道(8)中產(chǎn)生高真空。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中經(jīng)過所述通道(8)的所述一根或多根光纖(1)包括單根長絲纖維或長絲纖維束或長絲纖維繩。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中經(jīng)過所述通道(8)的所述一根或多根長絲纖維(1)選自連續(xù)玻璃纖維、碳纖維、芳香尼龍纖維、金屬纖維和有機(jī)纖維的組中。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中所述流體包括溶液或熔融物，例如，熔融的聚合物材料。
14.利用流體浸濕纖維的方法，包括步驟 導(dǎo)引一根或多根纖維(1)進(jìn)入并通過通道(8)；抽空所述通道(8)并且利用抽吸裝置(9)至少部分抽吸流體進(jìn)入所述通道(8)，其中所述流體由流體供應(yīng)裝置(10、2 )供應(yīng)；在所述一根或多根(1)經(jīng)過所述通道(8)的同時將所述流體保持在所述通道(8)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括步驟控制所述一根或多根纖維(1、3)的行進(jìn)速度和/或所述通道(8)中的真空條件和/或所述通道(8)中流體的量和/或所述通道(8)中流體的粘性。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用流體浸濕纖維的裝置和方法。具體地，提供了一種利用流體浸濕纖維的裝置。該裝置包括通道(8)，其適于引導(dǎo)一根或多根纖維(1)從該通道的入口端(5)經(jīng)過通道(8)到該通道的出口端(6)。流體供應(yīng)裝置(10、2)耦接到通道(8)，其中流體供應(yīng)裝置(10、2)適于容納流體。抽吸裝置(9)耦接到通道(8)，以抽吸由流體供應(yīng)裝置(10、2)供應(yīng)的流體到通道(8)中，以便浸濕經(jīng)過的一根或多根纖維(1)。本發(fā)明還提供了一種利用流體浸濕纖維的方法，包括步驟導(dǎo)引一根或多根纖維進(jìn)入并且通過通道，抽空通道(8)并抽吸該流體到槽中并且在一根或多根纖維經(jīng)過通道(8)時將流體保持在通道中。
文檔編號D06B3/04GK102312356SQ201110190718
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者格羅夫-尼爾森 E. 申請人:西門子公司