本發(fā)明涉及用于制造預浸料層的方法、預浸料層及其用途。

背景技術：

1、特別地，可以在纖維基半成品的基礎上用纖維增強材料生產(chǎn)構件(例如車輛構件、飛機構件、船舶構件、火車內(nèi)部構件、電子構件等)，其最著名的代表是“預浸料”。

2、預浸料通常含有由一種或多種類型的纖維制成的纖維材料，例如碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、玄武巖、硼纖維、陶瓷纖維、二氧化硅纖維、鋼纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、聚乙烯纖維、有機玻璃纖維、天然纖維和/或其他類型的纖維，其中纖維材料用基質(zhì)塑料浸漬。纖維材料的纖維可以作為具有優(yōu)選方向的連續(xù)纖維(單向?qū)?、作為有序織物表面(例如機織織物、針織織物、稀松布、交錯針織織物……)或作為無序織物表面如羊毛或隨機纖維墊存在于預浸料中。

3、聚合物材料(也稱為“樹脂系統(tǒng)”)通常用作預浸料的基質(zhì)塑料，例如熱固性塑料(也稱為硬質(zhì)體；合成樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂)、熱塑性塑料或彈性體。當預浸料交付時，熱固性材料和彈性體尚未完全反應，因此仍可塑性變形。在此必須遵守特殊的儲存條件，例如非常低的儲存溫度。眾所周知，熱塑性塑料可以通過加熱反復進入塑性變形狀態(tài)。

4、預浸料通常制造為層狀、板狀、帶狀或幅材狀材料，其中幅材狀材料通常卷成卷交付。

5、為了生產(chǎn)物體或構件，通常從預浸料中分離出足夠大的一塊，以便排列壓制工具(模具)的表面。通過在熱的影響下在壓制工具中壓制預浸料(或者更一般地，通過向預浸料施加大于大氣壓力的壓力)，熱固性或彈性體基質(zhì)塑料發(fā)生反應并且物體或構件成形。就熱塑性基質(zhì)塑料而言，它通過熱的作用獲得塑性，并且可以通過在熱的作用下壓制預浸料，然后將成形的預浸料冷卻到低于熱塑性塑料的軟化溫度來實現(xiàn)物體或構件的形狀。

6、對預浸料的要求可能非常不同，特別是在其生產(chǎn)注塑構件的最終用途和/或注塑工藝的準備方面。特別地，可能期望實現(xiàn)基質(zhì)塑料對紡織物表面組織的特別均勻、完全和/或強烈的粘附。特別是當考慮到連續(xù)生產(chǎn)時，需要尋找合適的、具有成本效益的且快速的方法來生產(chǎn)此類預浸料。

7、一個特殊的挑戰(zhàn)在于提供具有高變形和強度特性的輕質(zhì)預浸料，如果需要，還具有均勻表面反射特性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是，至少部分地克服參考現(xiàn)有技術描述的缺點，并且還以簡單的方式生產(chǎn)具有高且可變的實用價值的預浸料，在這種情況下確保復合結構在最終產(chǎn)品的整個平面設計上盡可能均勻地穩(wěn)定最終產(chǎn)品。特別地，將創(chuàng)建一種提供預浸料的簡單可能性，其中該方法適合于使用市場上現(xiàn)有的需要強烈成型的制造技術進行的進一步加工。

2、所述目的通過獨立權利要求的特征得以解決。分別在從屬權利要求中詳細說明了有利的進一步發(fā)展。該描述，尤其是附圖，說明了本發(fā)明并給出了進一步的示例性實施例。權利要求中單獨列出的特征可以與其他權利要求和/或說明書的特征組合。

3、一種生產(chǎn)預浸料層的方法對此做出了貢獻，該方法至少包括以下步驟：

4、a.提供具有基重的線結構，

5、b.將水-聚烯烴混合物添加到線結構中，使得基重增加至少30％，

6、c)對具有水-聚烯烴混合物的線結構進行脫水，

7、d)用聚烯烴固結線結構。

8、步驟a)、b)、c)和d)可以按照此處給出的順序進行。然而，一些步驟也可以同時或重疊地執(zhí)行。這尤其意味著，這些步驟(部分地)同時但仍然(空間上)獨立地執(zhí)行，例如在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，其中(無限的)線結構依次傳遞到不同的工位以執(zhí)行步驟b)、c)和d)。因此，這些步驟不會在線結構的同一區(qū)段上同時執(zhí)行。

9、在步驟a)的背景下，可以提供大量線(也稱為細絲或(連續(xù))纖維)。這些可以單獨地、定向地和/或(部分地)彼此組合地提供。替代地或累積地，還可以提供線束，即，由大量線制成的(單獨的或分開的)股線。線束可以被設計為所謂的粗紗，即由平行排列的線(或也稱為細絲)制成的(多)細絲紗線。特別優(yōu)選的是，所有線和/或線束設置成基本上單向地彼此對準，特別是在共同的傳送或運輸方向的方向上。線可由至少一種或多種上述纖維材料組成。

10、線優(yōu)選包括玻璃纖維束，特別是纖度在300至1200tex范圍內(nèi)的玻璃纖維束。線優(yōu)選地具有或由多根玻璃纖維細絲形成，這些玻璃纖維細絲基本上彼此平行延伸并因此形成束。玻璃纖維束可包括內(nèi)部孔，其可用作塑料基質(zhì)應用的儲存器。

11、這些線相對于彼此布置為，使得它們提供(獨立的)線結構，例如以絨頭織物、機織織物、針織物、交錯針織織物或稀松布的方式。

12、線結構優(yōu)選地被設計為織物?？椢飪?yōu)選具有規(guī)則和/或均勻的設計?？椢锘旧蟽H由線和/或線束形成。這可以以幅材和/或板和/或一層的形式提供。該織物具有非常高的表面積與材料厚度之比?？椢锟梢允强删砝@的和/或可堆疊的和/或可(彈性)變形的。織物可以開放地設計，其中開放的織物有大量(透明)孔。

13、開放或網(wǎng)格狀線結構可以具有開口寬度在最大200mm[毫米]范圍內(nèi)的孔，其中開口寬度特別優(yōu)選在1至150mm的范圍內(nèi)。開口寬度被理解為孔的最大范圍(垂直于線結構的厚度)，例如方孔的情況下的最大自由對角線。優(yōu)選地為具有高定向纖維含量的工藝/構件產(chǎn)生小開口寬度，例如在1至10mm的范圍內(nèi)。在注射成型加強中，這些孔尺寸對于在注射成型化合物中實現(xiàn)良好的嵌入是有利的。然而，較大的開口寬度(例如30至100毫米)適用于力吸收較低的大面積應用，例如在建筑領域與加固絕緣材料或磚石飾面(所謂的“條帶”)一起使用，以便各元件組成更大的墊子，從而使手工工作更容易。如果有方孔，則此類應用優(yōu)選邊緣長度(最大)約為100mm。

14、根據(jù)步驟a)，將預定的基重分配給線結構。例如，可以通過適當選擇線的材料和結構以及線相對于彼此的布置，特別是還考慮孔的設計來調(diào)節(jié)基重。基重通常以克/平方米[g/m2]為單位給出，并且在此可以例如從50至500g/m2的范圍內(nèi)選擇或設定。尤其以10cm×10cm[厘米]的尺寸來考慮基重，其中基重的值保持在這樣的尺寸范圍內(nèi)。如果面結構大于該尺寸范圍，則面結構的值可以優(yōu)選地保持在所有尺寸范圍中，特別是如果線結構具有相同的厚度或結構。根據(jù)步驟a)，它是“干”基重，這意味著它實際上不含(分離的或未結合的)水。

15、根據(jù)步驟b)進行將水-聚烯烴混合物添加到線結構中，使得基重增加至少30％。

16、特別地，在水-聚烯烴混合物中使用聚烯烴共聚物。聚烯烴(也稱為“聚烯烴(polyalkene)”)是由具有雙鍵的式cnh2n的烴(乙烯、丙烯、1-丁烯、異丁烯)組成的聚合物。聚烯烴是半結晶熱塑性塑料。目前聚烯烴通常由石油或天然氣生產(chǎn)。該過程稱為聚合，其中使用催化劑將化學物質(zhì)的短鏈(單體)連接成長鏈(聚合物)。因此，聚烯烴共聚物是由兩種不同類型的單體單元組成的聚烯烴。所使用的聚烯烴通過水溶液施用，例如通過噴涂或浸漬。水-聚烯烴混合物可以特別集中或全面地添加，使得線結構完全潤濕或甚至飽和。這可以通過毛細力來支持，例如由于線的選擇和/或線結構的形狀。

17、根據(jù)步驟b)，它是“濕”基重，因此其特別包括供應的水或水-聚烯烴混合物的一部分，其特別粘附在面結構上和/或在面結構中或與其一起運輸。調(diào)整添加量，以使基重增加至少30％。在預定添加水-聚烯烴混合物之后的基重也可稱為“濕基重”。必須特別考慮織物的吸收能力和/或聚烯烴共聚物的組成和/或預浸料層的所需性能來調(diào)整基重的這種增加。特別地，額外的載體或濕基重被有針對性地設定，并且如果需要的話，還立即被監(jiān)測或校正。例如，在步驟b)中，可以首先添加比對應于目標更多的水-聚烯烴混合物，然后再次除去載體的一部分，以便設定目標。顯然，基重的預定增加存在于步驟b)結束時，隨后進行塑料添加，直到步驟d)結束。

18、添加水-聚烯烴混合物后，根據(jù)步驟c)脫水(濕)線結構。換言之，這特別意味著去除、特別是蒸發(fā)水含量或附著在線結構上的水。因此，步驟c)之后的線結構的(干)基重通常小于步驟b)之后的(濕)基重，但也大于步驟a)之后的(干)基重。當進行步驟c)時，基重可減少至少9％，特別是在9％至27％的范圍內(nèi)。優(yōu)選的是，當進行步驟c)時，基重減少10％至24％、特別是13％至22％、特別優(yōu)選15％至20％。水特別具有將聚烯烴顆粒均勻分布在線結構中或在線結構上的功能，這是由其流動特性支持的。因此可以假設，這將在給定時間達到可接受的程度并且可以去除水。為了在此過程中很大程度上維持聚烯烴顆粒在線結構中或在線結構上的分布，水的蒸發(fā)是特別有利的。因此，在步驟c)結束時，特別地存在(完全)干的線結構。

19、優(yōu)選步驟c)以熱方式進行，其中(包括水-聚烯烴混合物的線結構的)溫度設定在100℃至聚烯烴的熔融溫度之間的范圍內(nèi)。步驟c)優(yōu)選使用0.78μm至100μm[微米]波長范圍內(nèi)、特別是1μm至10μm波長范圍內(nèi)的電磁輻射或使用紅外輻射來進行。這顯然需要將載體(可能具有線結構)加熱至脫水溫度，該脫水溫度高于水的蒸發(fā)溫度，但(顯著或肯定)低于所用聚烯烴的熔融溫度。換言之，這特別意味著在步驟c)期間防止了所用聚烯烴的(顯著)熔融。熱脫水可以更優(yōu)選地進行0.2至4.0min[分鐘]的時間。可以考慮每平方米要去除的水量、作用距離、加熱功率和/或線結構的進給速度來設置預定時間段。在步驟a)的背景下編織線結構的情況下，進給速度顯著取決于例如引緯功率(β/min)和緯紗密度(β/cm)，使得其他參數(shù)可以在此基礎上被調(diào)整。

20、然后在步驟d)中將干燥的線結構與聚烯烴固結。特別是，熱固結發(fā)生在這里。步驟d)之后的線結構的(干)基重(基本上)對應于步驟c)之后的(干)基重。作為該步驟的一部分，聚烯烴顆粒彼此之間以及到線上的永久連接或固定通過以下方式實現(xiàn)：在隨后的固化過程中將聚烯烴顆粒熔化或熔融并連接到線或彼此倆連接。線結構可能在脫水溫度或低于步驟d)開始時的脫水溫度的溫度下存在。步驟d)導致環(huán)境溫度顯著的、可能突然的升高，其中線結構與聚烯烴可實現(xiàn)盡可能大的加熱速度。具體地，步驟c)發(fā)生在第一烘箱中，而步驟d)發(fā)生在第二烘箱中，其中線結構優(yōu)選地從第一烘箱直接引導或移動到第二烘箱中或者烘箱彼此無縫地合并或者將烘箱作為一個具有兩個不同區(qū)域的烘箱。

21、步驟d)優(yōu)選以熱方式進行，其中(包括水-聚烯烴混合物的線結構的)溫度設定在高于聚烯烴的熔融溫度的范圍內(nèi)。熱固結可以更優(yōu)選地進行0.2至4.0min[分鐘]的時間?？梢钥紤]每平方米待熔化的聚烯烴的量、加熱功率和/或線結構的進給速度來設置預定時間段。

22、優(yōu)選的是，步驟b)中的基重增加35至65重量％[重量百分比]。在水-聚烯烴混合物的重量負載量為35％的情況下，將足夠的聚烯烴添加到產(chǎn)品中，以便在最終產(chǎn)品中實現(xiàn)有利的纖維-基質(zhì)比例。35重量％或更高的負載量確保最終產(chǎn)品中的纖維被聚烯烴基質(zhì)充分覆蓋，從而賦予產(chǎn)品足夠的尺寸穩(wěn)定性，從而可以輕松地使用傳統(tǒng)的夾具系統(tǒng)進行處理，并因此可以輕松地進行自動加工。此外，足夠量的聚烯烴基質(zhì)確保了后續(xù)工藝中進一步加工期間良好的粘合性能。水-聚烯烴混合物的重量負載量超過65％，經(jīng)濟性面臨風險，因為產(chǎn)品中聚烯烴顯著過量，同時引入大量必須蒸發(fā)的水。由于水的蒸發(fā)是一個非常耗能的過程，因此從經(jīng)濟角度來看，將產(chǎn)品過度暴露于水-聚烯烴混合物中是不利的。

23、優(yōu)選的是，在步驟b)中添加水-聚烯烴混合物，其中水含量在40至60重量％[重量百分比]的范圍內(nèi)。在此規(guī)定的范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)或保證混合物長期保持穩(wěn)定并且仍然可以經(jīng)濟地加工。規(guī)定的40重量％的下限可以例如確保，所描述的制造過程可以經(jīng)濟地運作。在較低的值下，水含量太高，意味著必須使用過量的能量來干燥。具有明顯更高的聚烯烴重量百分比，例如超過60重量％時，混合物可能不穩(wěn)定，即發(fā)生相分離，使得聚烯烴和水分離，即分離。因此，不再保證聚烯烴在線結構中的均勻分布。

24、優(yōu)選在步驟b)期間將線結構浸泡在水-聚烯烴混合物中。因此，可以例如通過輥裝置將線結構供給至槽，使得其浸入位于槽中的水-聚烯烴混合物(所謂的“浮體”)的表面下方。在槽的區(qū)域中，還可以設置輥，在輥上方和/或在輥之間引導線結構。輥可具有調(diào)整或影響水-聚烯烴混合物朝向線結構的施加或引入的輥表面。粘度通常可以或例如在浸漬時優(yōu)選低于5000mpas、優(yōu)選在500至3000mpas之間。以此方式，可以將水-聚烯烴混合物快速、均勻和/或全面地添加到線結構中。

25、可以在該浸漬過程期間或之后，對具有水-聚烯烴混合物的線結構進行(隨后的)輥擠壓過程。在輥壓過程中，線結構在兩個或更多個輥或滾輪之間通過，其中通過至少兩個輥之間的壓力將水-聚烯烴混合物壓在各個線及其細絲之間。為了調(diào)節(jié)載體重量，輥之間的距離可以設定為限定的間隙，或者輥可以以可移動的方式彼此放置?；氐恼{(diào)整或設定可以例如通過以下措施中的至少一種來調(diào)整：

26、-例如通過使用具有較高/較低自身質(zhì)量的輥、例如通過氣動裝置或類似方式改變外部壓力施加來改變輥的接觸壓力。

27、-調(diào)整包角(線結構所在的輥的角度范圍)。

28、-改變(多個)輥表面，例如可選地使用光滑的、(物質(zhì))覆蓋的和/或結構化的輥。

29、-調(diào)整線結構的進給速度。

30、-延長浮體表面以下的停留距離。

31、作為輥壓過程的一部分，線結構也可以被面軋(angepflatscht)和/或浸軋(foulardiert)。

32、在此使用的聚烯烴優(yōu)選為選自以下組的共聚物：無規(guī)共聚物、梯度共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、聚合物混合物、接枝聚合物。

33、在無規(guī)共聚物中，單體在鏈中發(fā)生隨機分布，例如按如下方式：

34、aabbabbbbaaaabaabbbaaabbabbaaaabbbabaabbab....

35、梯度共聚物的結構與無規(guī)共聚物類似，但沿鏈具有可變的單體比例，例如以下列方式：

36、aaaaaaaaabaaabbbaaabbabbbaabbbbbbabbbbbbbb....

37、在交替共聚物中，單體沿鏈有規(guī)則排列，例如以下列方式排列：

38、abababababababab...

39、嵌段共聚物的特征在于每個單體的較長嵌段或序列，它們也可以重復，例如以下列方式之一：

40、aaaaaaaaabbbbbbbbbbbb

41、或者

42、aaaaaaaaabbbbbbbbbbbaaaaaaaaaaaaabbbbbbbbbbb...

43、混合聚合物的特征在于，存在不同的聚合物，但聚合物之間沒有化學反應性連接，例如以下類型：

44、aaaaaaa+bbbbbbbb.

45、接枝共聚物由由一種單體的聚合物組成的骨架組成，在該骨架上接枝有另一種單體的聚合物的嵌段/“側臂”，例如以下類型：

46、b?b?b

47、b?b?b?b?b

48、b?b?b?b?b

49、aaaaaaaaaaaaaaaaa...

50、b?b?b?b?b

51、b?b?b?b

52、b

53、b

54、在所有提到的情況下，分子鏈可以是線性的或(輕微)支化的。

55、這使得聚合物材料可以與其他物質(zhì)混合，特別是用于功能化(例如穩(wěn)定劑、阻燃劑……)和/或降低成本(填料)。可以選擇共聚物，以提供不同塑料的不同性能。

56、聚烯烴共聚物優(yōu)選是(特別)具有不同粒度和/或分子鏈長度的聚合物的聚合物混合物。較小的顆粒/分子可以更好地滲透在線或單個細絲之間，并在線之間形成良好的粘合。另一方面，較大的顆粒/分子往往滲透較少，因此可以影響或調(diào)整預浸料的表面性能，例如與后續(xù)復合材料的連接。此外，通過混合具有不同熔點的聚合物，可以容易地調(diào)節(jié)混合物的熔點以適應各自的應用。

57、根據(jù)另一方面，提出了一種濕預浸料層，其包含用水-聚烯烴混合物潤濕的線結構，其中水-聚烯烴混合物占(濕)層重量的35％至65％。

58、特別優(yōu)選，濕預浸料層使用本文提出的方法的步驟a)和b)來生產(chǎn)。不管怎樣，所列出的“濕”線結構的特性也可以單獨用于表征濕預浸料層，特別是考慮到后續(xù)使用。

59、另一方面，提出濕預浸料層用于熱后處理并生產(chǎn)具有固體聚烯烴基體的預浸料層的用途。

60、濕預浸料層特別優(yōu)選地適合于熱后處理和根據(jù)本文提出的方法的步驟c)和d)的預浸料層的生產(chǎn)。不管怎樣，所列出的脫水和/或固結的特殊特征可用于表征濕預浸料層。

61、最后，還提出了預浸料層，其使用本文公開的方法生產(chǎn)，其中預浸料層的最小彎曲半徑最大可達30mm[毫米]。最小彎曲半徑被理解為，(在正常室內(nèi)條件下，特別是低于室溫)塑料基質(zhì)不發(fā)生(顯著)分離和/或線扭結的彎曲半徑。特別地，其在10至20mm的范圍內(nèi)(例如，織物厚度最大為1.0毫米)。因此，本文提出的預浸料層的結構允許令人驚訝的小彎曲半徑，而不會損壞它和/或顯著損害進一步的使用。

62、預浸料層特別設計為，使得線嵌入到聚烯烴基質(zhì)或塑料基質(zhì)中。這尤其意味著，基質(zhì)基本上包圍了整個線。如果存在細絲束，則它們基本上也被基質(zhì)穿透，或者細絲本身(大部分)被基質(zhì)包圍?；|(zhì)尤其形成為預浸料層的所有表面。

63、最優(yōu)選地，預浸料層被設計為具有多個孔或者被設計為(開放的)網(wǎng)格，并且具有高達最大1.0g/cm3[克每立方厘米]的層密度。層密度在此尤其以如下方式確定：測量層的重量并相對于其(包絡)體積(層的長度x寬度x厚度)設置。換言之，這特別意味著層密度對應于(固結的)預浸料層的基重與(固結的)預浸料層的厚度的商。

64、層的厚度測量為該層所在的參考板與平行的圓形壓力印模(優(yōu)選印模直徑約為50mm)之間的距離，該壓力印模施加固定壓力(優(yōu)選約為1kpa)到要測量的層上。測量并記錄參考板和印刷印模之間的距離。在此為一般氣候條件。優(yōu)選在層上的不同點處進行厚度測量，然后由這些測量形成平均值。層的厚度必須特別根據(jù)din?en?iso5084確定。

65、此處指定的層密度上限值為1.0g/cm3，可確保輕質(zhì)預浸料具有高變形和強度性能。層密度尤其可以通過線排列的更開放的形狀來實現(xiàn)，其中聚烯烴共聚物塑料基質(zhì)的提供使得該線排列能夠具有特定的粘合性質(zhì)。

66、層密度優(yōu)選在0.45至0.9g/cm3的范圍內(nèi)，特別是在0.55至0.75g/cm3的范圍內(nèi)。0.45至0.9g/cm3的范圍被認為對于例如網(wǎng)格狀預浸料層特別有利，其中0.55至0.75g/cm3的范圍是聚烯烴共聚物塑料基質(zhì)的特別有利的施用量，其特別有利于進一步加工，特別是對于復雜且高應力的構件。

67、優(yōu)選地，在預浸料層中可以觀察到至少輕微的光澤，這特別是通過固結實現(xiàn)的。特別地，預浸料層不具有無光澤的漫反射表面。通過充分的固結，粗糙表面的結構特征結合起來形成相對光滑、反光閃亮的薄膜，由此線材料的結構也可以影響表面結構。