專利名稱：制造復(fù)合環(huán)的方法和設(shè)備的制作方法
制造復(fù)合環(huán)的方法和設(shè)備
本發(fā)明涉及基于纖維和可固化樹脂的復(fù)合材料、由這樣的材料制 成的復(fù)合部件，以及用于制造這樣的材料或復(fù)合部件的方法和設(shè)備。
專利申請EP-A-1 074 369描述了制造具有給定厚度、凸形的復(fù)合 部件的方法，所述復(fù)合部件在平行于至少一個擇優(yōu)加強(qiáng)方向上包含加 強(qiáng)纖維，該纖維被包埋在基于組合物的基體中，該組合物包含能夠通 過電離輻射得以固化的樹脂，所述方法包括以下步驟
- 排列所述加強(qiáng)纖維基本平行于一個平面，并用所述液態(tài)的組合物 浸漬它們；
- 將包含所述纖維的組合物，以厚度在所述給定厚度以下的一層暴 露于電離輻射，從而部分地聚合樹脂并獲得預(yù)復(fù)合材料，在預(yù)復(fù) 合材料中所述組合物為固相；
- 從由此獲得的固體預(yù)復(fù)合材料中取出基本切片(elementary sections),并將基本切片通過如下方法應(yīng)用于表面為非平面形狀的 支承件(support):將其相互堆積至所述給定厚度指示的數(shù)目，使它 們密切配合支承件的形狀，從而得到受力的基本切片的堆積層；
- 最后在高壓和高溫下，對由此獲得的堆積層進(jìn)行最后的模塑處理， 從而使樹脂繼續(xù)聚合，并由此將各種預(yù)復(fù)合材料切片相互結(jié)合在 一起。
利用所述的方法，有可能獲得能夠特別用于制造機(jī)動車輛非充氣 輪胎的復(fù)合部件。
但是，該方法的一個缺點(diǎn)在于必須在樹脂型基體固化前，首先將 固體預(yù)復(fù)合材料切成基本切片，然后將受力的基本切片疊加成最終所 需的形狀；因此從工業(yè)觀點(diǎn)來看，不利于進(jìn)行很多連續(xù)加工操作，且 與追求高生產(chǎn)率相抵觸。專利申請EP-A-1 174 250在與之相關(guān)部分提出 -在浸漬纖維的排列前對其進(jìn)行脫氣；
-在真空浸漬后，使液體浸漬體通過具有預(yù)定橫截面和預(yù)定形 式的整形模，從而使該浸漬體具有預(yù)定的形狀，例如具有圓形橫 截面的細(xì)絲(thread)形狀(例如參見

圖1至3)或者更具體地為帶束 (tape)形狀(圖4至7);
-然后，在模具的下游，在被稱為穩(wěn)定腔的腔中對樹脂進(jìn)行基 本固化以穩(wěn)定所述細(xì)絲或帶束，所述穩(wěn)定腔包括一系列在紫外光-可見光譜范圍內(nèi)發(fā)射的輻射管(例如分別在圖1和4中由131和231 指示)；
-最后將所述固體(穩(wěn)定的)細(xì)絲或帶束巻繞到大直徑接收巻軸
上(例如圖1中由141指示)，用于中間存儲。
接著，可以通過先展開所述細(xì)絲或帶束，然后在具有合適形狀的 任何支承件上重巻所述細(xì)絲或帶束成固體層的方法制造復(fù)合部件。
然而，雖然由此除去了前述進(jìn)行切片和組裝預(yù)受力的切片的不利 之處，但是與第一個方法類似，第二個方法還是需要在一個足夠厚度 的材料上執(zhí)行樹脂固化(聚合)操作，從而使得產(chǎn)物足夠"穩(wěn)定"，即能夠 不被破壞地被加工，以進(jìn)行制造最終復(fù)合部件的后續(xù)操作。該需要特 別包括使用具有足夠長度、配有串聯(lián)的數(shù)個輻射管的穩(wěn)定室，從而在 特別是需要高產(chǎn)量而操作的情況下獲得足夠的處理強(qiáng)度。
隨著研究，本申請公司發(fā)現(xiàn)了一種新方法，該方法有可能通過非 常簡單地省去如上述申請EPA-1 174 250中所描述的穩(wěn)定腔及其系列 紫外光(UV)輻射管，來制造以連續(xù)環(huán)形式的具有極高品質(zhì)的復(fù)合部件。 這極大地簡化了制造方法和設(shè)備，同時極大地降低了所需復(fù)合塊的最 終工業(yè)成本。
因此，本發(fā)明的一個主題是制造封閉幾何形狀的復(fù)合塊的方法， 該復(fù)合塊以連續(xù)環(huán)的形式，基于加強(qiáng)纖維和交聯(lián)樹脂，該方法通過連 續(xù)疊加地巻繞預(yù)定數(shù)目Nc層的所述加強(qiáng)纖維的帶束來制造所述復(fù)合 塊，所述加強(qiáng)纖維包埋在基于包括所述交聯(lián)樹脂的組合物的基體中，所述方法從上游到下游包括如下步驟
■生成加強(qiáng)纖維的直線排列，并向進(jìn)給方向傳送該排列； ■在真空的作用下對所述纖維的排列進(jìn)行脫氣； ■脫氣后，采用液態(tài)的所述樹脂組合物浸漬所述纖維的排列； ■使如此獲得的預(yù)浸漬體(pre-preg)通過模具，從而使得該預(yù)浸 漬體形成由處于液體樹脂基體中的加強(qiáng)纖維組成的帶束的形狀，所 述帶束的厚度，標(biāo)記為"Er"，為0.1毫米至0.5毫米；
■在離開模具后立即對所述帶束的上表面進(jìn)行表面處理以生 成固體表皮，該固體表皮的厚度，標(biāo)記為"Ep"，在帶束厚度Er的 10%以下，從而使得所述表皮用作帶束后續(xù)在其自身上巻繞的穩(wěn)定 基底；
■使如此表面處理的帶束堆積在限定了復(fù)合塊的最終形狀的 支承件上，并且單向地將所述帶束巻繞在所述支承件上，從而通過 疊加Nc層，在所述支承件上直接形成所述連續(xù)環(huán)，且Nc在15以 下。
出乎意料地，發(fā)現(xiàn)這樣的表面處理，其厚度Ep盡管很薄，但是足 以使第N層(N從1至Nc-l變化)用作緊隨其后的第N+l層的足夠穩(wěn)定 的支承件。當(dāng)帶束在自身上巻繞成Nc個疊加層時，由此阻止加強(qiáng)纖維 從第N層遷移至較低層(N-1、 N-2等)。
本發(fā)明還涉及用于制造封閉幾何形狀的復(fù)合塊的設(shè)備，該復(fù)合塊 以連續(xù)環(huán)形式，基于加強(qiáng)纖維和交聯(lián)樹脂，該設(shè)備通過連續(xù)疊加地巻 繞數(shù)層所述加強(qiáng)纖維的帶束來制造所述復(fù)合塊，該加強(qiáng)纖維包埋在基 于包括所述交聯(lián)樹脂的組合物的基體中，所述設(shè)備從上游到下游包括 (參見圖1和2):
■生成加強(qiáng)纖維(11)的直線排列的裝置(10)，和向進(jìn)給方向(F) 傳送所述排列(12)的裝置(23); ■真空室(13， 13a， 13b);
■在離開真空室后，用于以液態(tài)樹脂組合物(17)浸漬纖維(11， 12)的浸漬室(14，15，16, 17, 18); .
■包括至少一個整形模(20)的整形裝置(19,20)，用于形成包含 纖維(11 )和液態(tài)樹脂(17)的帶束(21);■能夠固化所述帶束(21)的上表面的表面處理裝置(22);
■用于接收所述帶束(21)的支承件或心軸(23)，該支承件或心 軸為封閉形狀，優(yōu)選為凸形，從而通過單向疊加巻繞數(shù)層所述帶束 而形成復(fù)合環(huán)(30)。
根據(jù)下述具體描述和實(shí)施方式，以及與這些實(shí)施方式相關(guān)的附圖， 將易于理解本發(fā)明以及本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)；附圖示意地描述了用于 完成本發(fā)明方法的設(shè)備(圖1)，根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的復(fù)合塊(連續(xù)基 本環(huán))(圖2)，以及數(shù)個復(fù)合塊組件的一個實(shí)施方式(圖3)，該組件構(gòu)成 的非充氣橡膠輪胎的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(圖4)。
具體實(shí)施例方式
除非另有說明，在該說明書中給出的所有的百分比(％)均為重量百 分比。
本發(fā)明的方法的最初三個步驟(排列、脫氣和浸漬)是本領(lǐng)域技術(shù)人 員公知的步驟，所用材料(纖維和樹脂組合物)也是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知 的；例如，這些在前述兩個申請EP-A-1 074 369和EP-A-1 174 250中 的一個和/或另一個中被描述。
可以使用任何類型的加強(qiáng)纖維，只要其與交聯(lián)樹脂基體相容。例 如，這樣的纖維可以選自聚丙烯酸纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖 維、芳族聚酰胺(aromatic polyamide)(或"芳族聚酰胺(aramid)")纖維、 聚酰胺-酰亞胺纖維、聚酰亞胺纖維、含氯纖維、聚酯纖維、芳族聚酯 纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、纖維素纖維、人造絲纖維、粘膠纖 維、聚亞苯基苯并二噁唑(或"PBO")纖維、聚萘二甲酸乙二醇酯("PEN") 纖維、玻璃纖維、碳纖維、石英纖維、陶瓷纖維或這些纖維的混合物。 優(yōu)選使用高韌性纖維，特別是選自玻璃纖維、碳纖維或這些纖維的混 合物。
在對纖維進(jìn)行任何浸漬前，排列的纖維必須通過真空作用進(jìn)行脫 氣，特別用以提高浸漬效率，從而特別增強(qiáng)浸漬的效率，并且最重要 的是保證最終復(fù)合環(huán)內(nèi)無氣泡。在前述申請EP-A-1 174 250中具體描述了這樣的脫氣步驟。
所用樹脂組合物優(yōu)選是能夠通過電離輻射被交聯(lián)(或固化)的組合 物類型，所述電離輻射例如可以是紫外光或紫外光-可見光類型的輻射，
優(yōu)選在至少在300納米至450納米光譜范圍內(nèi)發(fā)射、加速電子束或X 射線束。
對于交聯(lián)樹脂，優(yōu)選使用聚酯樹脂或者乙烯基酯樹脂。"聚酯"樹 脂是指公知的不飽和聚酯型樹脂。乙烯基酯樹脂本身在復(fù)合材料領(lǐng)域 是眾所周知的。
非限制地，乙烯基酯樹脂優(yōu)選為環(huán)氧乙烯基酯型。更優(yōu)選地，采 用至少部分基于線型酚醛清漆(即接枝到這種類型的結(jié)構(gòu)上)(又稱作酚 醛塑料)和/或雙酚樹脂的乙烯基酯樹脂，特別地為環(huán)氧類型，或者優(yōu)選 為環(huán)氧線型酚醛清漆乙烯基酯樹脂、雙酚環(huán)氧樹脂或線型酚醛清漆-雙 酚樹脂。
環(huán)氧線型酚醛清漆乙烯基酯樹脂(在如下化學(xué)式I的方括號中所示 的部分)，對應(yīng)于例如已知的如下化學(xué)式(I):
雙酚A型環(huán)氧乙烯基酯樹脂(在如下化學(xué)式II的方括號中所示的部
分)對應(yīng)于例如如下化學(xué)式("A"是指該產(chǎn)物采用丙酮制得)線型酚醛清漆-雙酚型環(huán)氧乙烯基酯樹脂顯示出極好的結(jié)果。作為
這樣的樹脂的例子，可以特別提及在前述申請EP-A-1 074 369和
EP-A-1 174 250中所述的DSM的"ATLAC 590"乙烯基酯樹脂(采用約
40%苯乙烯稀釋)。這樣的環(huán)氧乙烯基酯樹脂可購自如Reichhold、 Cray
Valley或UCB的其他廠商。
稱作"整形"模具的模具，由于具有確定尺寸的橫截面(通常并且優(yōu)
選為矩形)，因而有可能調(diào)整樹脂相對于加強(qiáng)纖維的比例，同時使得浸 漬體具有帶束所需的形狀和厚度。
本發(fā)明的方法具有在整形模的出口處、在帶束被單向巻繞在其最 終支承件上之前，在所述帶束的上表面引入特定的表面處理(可稱作端 表面(extremesmface)處理)的必要特征，從而生成固體表皮，該固體表 皮為一種非常精細(xì)的薄膜，其厚度Ep在帶束厚度Er的10%以下，優(yōu) 選在5%以下。
如果沒有該表面處理的存在，若想提高通過量，在其自身上巻繞 仍為"液體"(即按照定義，加強(qiáng)纖維仍在液體樹脂基體中)的復(fù)合材料已 證明是非常困難的。存在發(fā)生寄生"切割"效應(yīng)(又稱作"絞盤效應(yīng)")的風(fēng) 險，由此使得固體纖維通過液體樹脂纖維隨后傾向于朝著接收心軸 的曲率瞬時中心方向移動，并且樹脂傾向于使其自身從那里遠(yuǎn)離；這 將導(dǎo)致纖維和樹脂的分布在復(fù)合部件的整個體積內(nèi)不完全均勻，并導(dǎo) 致壓縮不均勻，其可能降低所制復(fù)合材料的機(jī)械性能和耐疲勞度。
對于所述上表面有必要做的是，將由此形成的固體表皮用作當(dāng)帶 束隨后在其自身上巻繞時足夠穩(wěn)定的基底或支承件，因此不必更深入 地并因而更極度地處理所述帶束。調(diào)整處理的強(qiáng)度的方式為使得樹脂 的交聯(lián)剛好足以能夠使Nc層的帶束被巻繞和堆積，同時不會導(dǎo)致如上 所述的寄生"絞盤"效應(yīng)。但是，在這樣的較淺深度Ep上如此表面地處 理的帶束無論如何不能被說成是在前述專利申請EP-A-1 174 250的術(shù) 語"穩(wěn)定"的范疇內(nèi)；換句話說，如此處理的帶束不能沒有破壞地對其 進(jìn)行加工。
由于所有上述的原因，優(yōu)選地如此形成的表皮或薄膜的厚度為2 至10微米，更優(yōu)選地為3至10微米。帶束的上表面的固化可以通過任何高度定位的合適的處理方法完 成，優(yōu)選通過足夠的引發(fā)物以交聯(lián)或聚合浸漬組合物來完成。舉例而 言，可以提及的是電離處理，特別是紫外光類型的電離處理，優(yōu)選在 后者的情況下，在光敏引發(fā)劑的存在下在浸漬組合物中進(jìn)行。
在本申請中，將"固體"表皮定義為，具有其特征在于在環(huán)境溫度
(23。C)下不溶解于諸如丙酮的有機(jī)溶劑的表皮。在丙酮中的溶解度的簡 單試驗(yàn)包括直接地在帶束離開如后所述的處理裝置22時，對如此處理 的帶束進(jìn)行取樣，并在環(huán)境溫度(23。C)下，在丙酮中將其充分清洗和洗 滌至少兩分鐘接著回收樣品，除了一些固體加強(qiáng)纖維外，僅有非常 精細(xì)的交聯(lián)樹脂薄膜，其厚度Ep在帶束厚度Er的10%以下，優(yōu)選測 定為3至10微米厚，該厚度對應(yīng)于已經(jīng)進(jìn)行固化或交聯(lián)處理的帶束的 上部部分。
可取的是當(dāng)帶束前進(jìn)時在帶束上連續(xù)進(jìn)行的該表面處理的持續(xù)時 間盡可能地短，優(yōu)選持續(xù)10秒以下，通常至多持續(xù)一秒的十分之幾秒 的量級。這是因?yàn)檫@樣的話所述處理才能被說成是"閃現(xiàn)"類型。
例如在紫外光閃現(xiàn)的情況下，易于理解地是，處理的持續(xù)時間直 接取決于多個變量，這些變量具體包括樹脂的性質(zhì)、光敏引發(fā)劑的量、 紫外光圖像和光源的功率、波長和分離。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地 改變和控制其特定處理條件從而完成本發(fā)明的方法，如果需要，可以 通過進(jìn)行很多連續(xù)設(shè)置試驗(yàn)完成本發(fā)明的方法。優(yōu)選地，處理的持續(xù) 時間(具體地暴露于紫外光源的時間)為在5秒以下，更優(yōu)選地為在2秒 以下。
在"端表面"如此處理的帶束接著連續(xù)到達(dá)具有合適形狀的支承件 或心軸上，然后通過預(yù)定數(shù)目Nc個層的疊加，帶束被直接單向地巻繞 在支承件或心軸上。帶束接著形成連續(xù)和閉合的環(huán)，該環(huán)的橫截面基 本上為矩形。
根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，帶束前進(jìn)時帶束中加強(qiáng)纖維所受的(即浸 漬纖維所受的)拉伸應(yīng)力為0.2至5 cN/tex(百分之一牛頓每特)；因此其 為在整形模與限定了最終復(fù)合塊的形狀的支承件或心軸入口間測得的 張力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，超出該優(yōu)選的張力范圍，存在使帶束形變的危險， 或者至少損失了其形狀的均勻性，這被證明對于最終復(fù)合塊的品質(zhì)和耐疲勞度是有害的。為此，所述拉伸應(yīng)力更優(yōu)選為0.5至2.5cN/tex。 優(yōu)選通過心軸自身在一個平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)來完成將帶束巻繞到所述心
軸上的操作，該平面被固定并正切于帶束到達(dá)旋轉(zhuǎn)的心軸的平面。一
旦Nc層帶束被巻繞到其上，即停止該巻繞操作。
本發(fā)明方法和其表面處理的一個顯著優(yōu)點(diǎn)在于帶束仍然足夠粘，
以使得第N層能夠粘合至上一層(N-1)而無需施加任何其他的機(jī)械和/
或熱作用。
但是，根據(jù)一個可能的可替代的形式，每個第N層可以在其進(jìn)入 支承件或心軸時受到機(jī)械擠壓，例如通過利用與帶束具有相同寬度的 輥?zhàn)舆M(jìn)行輾滾，從而輕輕地壓縮組件，保證連續(xù)的層間有極好的粘合， 以及均勻地沿橫向方向分布纖維。
在該階段得到了以連續(xù)平面環(huán)形式的復(fù)合塊，該復(fù)合塊的加強(qiáng)纖 維基本上是單向的，均勻分布在基體(樹脂組合物)的整個體積中。
由此形成的環(huán)的特定幾何形狀，優(yōu)選凸形(例如，圓形、卵形、橢 圓形)，顯然受到帶束巻繞其上的支承件或心軸幾何形狀的限制。根據(jù) 一個優(yōu)選實(shí)施方式的替代形式，所述支承件或心軸(例如由金屬制成) 配備有配合帶束形狀的接收槽，且該接收槽具有合適的深度從而接收 并幾何地穩(wěn)定帶束的Nc個疊加層。
一旦由此形成了復(fù)合環(huán)，優(yōu)選對樹脂進(jìn)行充分聚合(例如采用紫 外光)，使得在將所述環(huán)與其支承件分離之前充分穩(wěn)定所述環(huán)，此次 對其整個厚度進(jìn)行穩(wěn)定。為了便于該分離，所述支承件或心軸有利地
由兩個可拆卸的、對稱或非對稱的部件構(gòu)成，這些部件易于被機(jī)械地 分離。
接著，能夠易于對由此穩(wěn)定的復(fù)合塊(其中樹脂組合物基本上為固 相)進(jìn)行加工而沒有被破壞的風(fēng)險，能夠進(jìn)行原樣存儲，或者如果需要 的話，立即進(jìn)行處理以便完成樹脂聚合(最終的固化或交聯(lián))。
在普通大氣壓下，可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法進(jìn)行最 終的固化操作，也即進(jìn)行"出模"(或根據(jù)公認(rèn)的術(shù)語為"開模(open mould)"),例如在紫外光室中或者簡單的爐中，或者替代地在高壓(通 常為數(shù)巴至數(shù)十巴)下、在合適的溫度下。 一個可能的實(shí)施方式的替代 形式為在復(fù)合塊的接收支承件或心軸上完全烘烤該復(fù)合塊，并直到烘烤完全后才除去后者。
最終復(fù)合環(huán)的厚度優(yōu)選為0.5至5.0 mm (毫米)，更優(yōu)選為1至2 mm。它的寬度優(yōu)選為在25毫米以下，更優(yōu)選為5至20毫米。
至于環(huán)本身的尺寸(即，實(shí)際上是用于制造環(huán)的心軸或支承件的尺 寸)，其最大尺寸(例如如果環(huán)是圓形，則為它的直徑)通常為幾cm(厘米) 至幾十cm數(shù)量級。
本發(fā)明方法的兩個其他基本特征為，第一，離開整形模的帶束的 最大厚度必須在0.5毫米以下，第二，被巻繞以形成復(fù)合環(huán)的最大層數(shù) 必須在15以下。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果這兩個特征沒有得以滿足，則帶束的 形狀和均勻性和最終復(fù)合材料的形狀和均勻性不再受控制，這將導(dǎo)致 最終復(fù)合環(huán)的彎曲/壓縮耐疲勞度遭受過分地降級。此外，厚度在0.1 毫米(即100微米)以下可能不符合工業(yè)生產(chǎn)限制。
由于所有上述原因，離開模具的帶束厚度優(yōu)選為0.10至0.35毫米， 更優(yōu)選0.15至0.30毫米；層數(shù)Nc本身優(yōu)選在10以下，更優(yōu)選為5至 10。
本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為，由于施加上升的壓力(真空區(qū)的端部)，在整 形模的出口處，氣泡將不可避免地形成于帶束的表面上，并且由于在 此采用的巻繞技術(shù)，在該技術(shù)中通過層的疊加進(jìn)行單向巻繞(無重疊巻 繞，纖維無交叉)，尤其是由于在纖維上缺乏顯著張力，使得這些氣泡 接下來易被俘獲在帶束的層間。如此的寄生效應(yīng)將自然地削弱最終復(fù) 合材料的品質(zhì)、外觀及耐疲勞度。
料想不到的是，如果滿足了本發(fā)明方法的所有這些組合的技術(shù)特 征，特別是上文列出的與基本帶束的厚度和疊加層的數(shù)目相關(guān)的兩個 基本條件時，情況并非如此
本發(fā)明的方法可以采用本身也是本發(fā)明主題的設(shè)備加以實(shí)現(xiàn)。
附圖1非常簡單地示意說明了這樣的設(shè)備1的一個實(shí)例，對于一 個部分(離開模具20后)采用立體顯示，以圖示在通過整形裝置19、 20 后的帶束21的初始狀態(tài)。
該圖顯示，在所示實(shí)例中，巻軸10包括玻璃纖維11。巻軸受驅(qū)動 而被連續(xù)放出，從而生成這些纖維11的直線排列12。通常地，加強(qiáng)纖 維以"粗紗"出現(xiàn)，就是說已經(jīng)在巻軸上平行巻繞成纖維組(例如，使用由Owens Corning以名稱"Advantex"纖維銷售的纖維，其紗數(shù)為1200 特(作為提醒，1特=1克/1000米的纖維))。例如由旋轉(zhuǎn)接收器23所施 加的張力使得平行纖維和帶束能夠沿著設(shè)備1前進(jìn)。
所述排列12接著通過真空室13(與真空泵相連接，未示出)，真空 室位于入口噴嘴13a與向浸漬室14開口的出口噴嘴13b之間，這兩個 噴嘴優(yōu)選為剛性壁噴嘴，其具有例如大于(通常為兩倍大小的)纖維總橫 截面的最小截面，且長度遠(yuǎn)大于(通常為50倍的)所述最小橫截面。
如前述申請EP-A-1 174 250中所教導(dǎo)的，對于進(jìn)入真空室的入口 噴嘴和離開真空室的出口噴嘴均使用剛性壁噴嘴，以及從真空室向浸 漬室的傳送，已證明是與纖維通過管口時的高通過量相適應(yīng)的，沒有 出現(xiàn)纖維破損，還可獲得充分密封。如果實(shí)驗(yàn)上必要的話，所有需要 的是考慮待處理纖維的總橫截面而找到最大通道橫截面，這仍然能夠 考慮到纖維前進(jìn)速率和噴嘴長度而獲得充分的密封。通常地，在室13 內(nèi)的真空可以為例如0.1巴的量級。
離開真空室13后，纖維11的排列12通過浸漬室14，該浸漬室包 括供應(yīng)槽15(與計量泵相連接，未示出)和密封的浸漬槽16，浸漬槽中 完全充滿基于乙烯基酯型可固化樹脂的浸漬組合物17(例如DSM的 "ATLAC 590")。舉例而言，所述組合物進(jìn)一步包括(以1至2%的重量 百分比)適合紫外光和/或紫外光-可見光輻射的光敏引發(fā)劑，組合物隨 后將用其進(jìn)行處理，例如(2,4，6-三甲基苯甲酰基)氧化苯基膦 (phenylphosphine oxide)(Ciba的"Irgacure 819，，)。當(dāng)然，浸漬組合物17 為液態(tài)。浸漬體從浸漬室14中出現(xiàn)并進(jìn)入密封出口噴嘴18(仍處于真 空下)，該浸漬體包含例如50至75%(重量百分比)的固體纖維11,并且 其余由液體浸漬基體17組成。
接著浸漬體通過整形裝置19，該裝置包括至少一個整形模20，其 通道(在此未示出)，例如矩形或錐形，適合于特定的實(shí)施方式條件。舉 例而言，所述通道具有矩形的最小橫截面，其下游管口的尺寸(例如5.3 毫米x0.25毫米或者10.6毫米x0.25毫米)略在所需帶束的尺寸以上。所 述模具的長度通常為所述最小橫截面的最小尺寸的至少100倍。其目 的是使得成品具有良好的尺寸精度；其還用于計量纖維相對于樹脂的 含量。根據(jù)一個可能的實(shí)施方式的替代形式，模具20可以被直接并入浸漬室14中，這樣即避免了例如需要使用出口噴嘴18。
整形裝置(19， 20)有可能在這個階段獲得"液體"復(fù)合帶束21(液體 是指其浸漬樹脂超過其厚度Er的90%仍為液體)，復(fù)合帶束的橫截面形 狀基本上為矩形(例如分別為5毫米x0.2毫米或者10毫米x0.2毫米)。 該厚度為Er的帶束21沿箭頭F方向受驅(qū)動。
在液體帶束21巻繞在其最終接收支承件23上之前，采用處理裝 置22進(jìn)行閃現(xiàn)(flash)型的表面處理(即持續(xù)例如1秒量級的非常短的持 續(xù)時間)，以在所述帶束的上表面生成厚度為Ep的固體表皮，該厚度 Ep在帶束厚度Er的10%以下(即在該實(shí)例中在20微米以下)；所述裝 置22例如包括紫外光燈單元(獲自H6nle博士的"UVA印刷(UVAprint)" 燈，其波長為200至600納米)。
在校準(zhǔn)裝置(19， 20)與最終接收支承件(23)之間，優(yōu)選將施加到纖維 上的張力保持在中等水平，例如0.5至2.5 cN/tex;為了控制該張力， 可以采用例如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的合適的張力計，直接在模具的出 口處測定這些張力。
如此處理的帶束21，接著到達(dá)其最終接收支承件23，例如凸形(比 如此處為卵形)的旋轉(zhuǎn)心軸，在支承件的入口，根據(jù)一個有利的實(shí)施方 式，可以利用裝置24(例如利用輥?zhàn)拥臋C(jī)械輾滾)，在帶束21的上表面 施加輕微的壓力P來機(jī)械擠壓帶束。旋轉(zhuǎn)心軸23優(yōu)選配備有與帶束21 的形狀和寬度相匹配的接收槽25，從而方便帶束繞自身巻繞成Nc個 不同疊加層。
一旦Nc層帶束已經(jīng)巻繞在支承件或心軸23上，即停止巻繞，從 而獲得所需的最終復(fù)合塊(參見圖2中的30)。
面對著心軸23，有可能設(shè)置有穩(wěn)定裝置(26)，其能夠例如聚合在
所述支承件或心軸(23)上的所述復(fù)合環(huán)的樹脂。由此穩(wěn)定的帶束易于加
工；例如在最終固化前，將其在紫外光爐中處理5分鐘，例如在低壓
和低溫爐中(比如在230°C、 10巴下處理5至6分鐘)。根據(jù)另一實(shí)施方
式的替代形式，可以在紫外光輻射下，完全在接收心軸上或不完全在
接收心軸上進(jìn)行整個固化操作。
最后得到封閉連續(xù)環(huán)形式的復(fù)合塊，其加強(qiáng)纖維在整個體積內(nèi)均
勻分布。該復(fù)合塊具有極好的機(jī)械性能，特別是極高的彎曲和剪切耐疲勞度。
附圖2中示意地顯示了這樣的復(fù)合塊30的例子；其是通過在橢圓
形的凸形心軸上巻繞而成。其由封閉平面連續(xù)環(huán)30組成，該環(huán)的矩形 橫截面具有10毫米xl.4毫米的尺寸。由圖2可見，該環(huán)的形狀或幾何 基本為橢圓形，具有15厘米量級的縱向內(nèi)部尺寸(在圖2中標(biāo)記為A) 和6厘米量級的橫向內(nèi)部尺寸(在圖2中標(biāo)記為B)。利用如圖1中示意 地顯示的設(shè)備，根據(jù)前述本發(fā)明的方法，通過巻繞7層(Nc = 7)連續(xù)帶 束層來制造如此的復(fù)合環(huán)或塊。
因此，本發(fā)明為制造具有極小截面的復(fù)合塊提供了可能性，該復(fù) 合塊可以有大量的工業(yè)應(yīng)用，不論該復(fù)合塊是單獨(dú)使用還是與其他復(fù) 合塊組合使用而形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)可以特別地用于任何 的機(jī)動車輛接地系統(tǒng)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，例如非充氣輪胎、充氣輪胎、輪胎 的內(nèi)部安全支承、車輪、其他懸架和抗振動元件。
舉例而言，通過調(diào)整這些基本環(huán)的數(shù)目"Na"(Na優(yōu)選在10以下， 例如3至7)和尺寸，可以使這些基本環(huán)有利地一個套在另一個內(nèi)，接 著被機(jī)械地或"化學(xué)地"緊固在一起，例如通過使用旨在填充存在于基 本環(huán)間所有間隙中的填充聚合物。該填充聚合物必須當(dāng)然地與復(fù)合環(huán) 的樹脂相容，且能夠與環(huán)穩(wěn)固地粘合，如果必要的話，可以采用例如 在申請WO 2004/058卯9中所述的合適的粘性組合物。所述聚合物例如 是二烯彈性體或聚氨酯。
在圖3中示意性地顯示了由5個(Na = 5)基本環(huán)30形成的復(fù)合加 強(qiáng)結(jié)構(gòu)40的例子，這些環(huán)通過使用填充在存在于5個基本環(huán)30間的 間隙中的填充聚合物41(例如由聚氨酯或二烯橡膠制得)而"化學(xué)地"穩(wěn) 固。加強(qiáng)件40可以包括機(jī)械連接裝置42(例如緊固件)，用于提供與如 下文所解釋的車輪的剛性部件的后續(xù)連接。
該復(fù)合加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以形成如上所述的非充氣輪胎胎體的徑向加強(qiáng) 箍，例如在專利申請WO-A-00/37269和EP-A-1 359 028中所述。
附圖4顯示了這樣的撓性非充氣輪胎50的局部立體圖。這樣的輪 胎，當(dāng)其與任何其他用以在撓性輪胎與輪轂間提供連接的剛性機(jī)械元
件相結(jié)合時，可以代替在大多數(shù)當(dāng)前公路車輛上發(fā)現(xiàn)的由充氣輪胎與 車輪構(gòu)成的組件。該輪胎的輪廓限定出卵形截面的環(huán)形內(nèi)部腔體。輪胎50包括一個
固定區(qū)51(包括圖3中所示的連接裝置42)、兩個側(cè)壁52和一個胎面 53。通過機(jī)械元件，如輪盤或者輪心(在此未示出)，將固定區(qū)與車輪輪 轂剛性連接。在圖4中，胎面53包括數(shù)個圓周的肋，但是該外觀顯然 是完全非限制性的。側(cè)壁52是圓形的，并占據(jù)了輪胎50的大部分徑 向高度。該支承結(jié)構(gòu)包括多個由前面圖3中所示復(fù)合加強(qiáng)件40組成的 支承元件。
支承元件40是周向相鄰的，且每一個都是基本上從固定區(qū)51開 始沿徑向向外延伸。圖4還顯示了這類非充氣輪胎的原理，根據(jù)該原 理，由支承元件的彎曲承載負(fù)荷。在這個具體的實(shí)例中，輪胎包括約 100個支承元件40。這個數(shù)目當(dāng)然可以是大不相同的，其根據(jù)例如車 輛的類型和其打算的用途以及取決于支承元件的特性。因此，元件的 數(shù)目可能變化，例如從30至300。優(yōu)選地，在胎面53下徑向定位的互 連結(jié)構(gòu)，其縱向拉伸-壓縮是相對剛性的，周向地連接所有的支承元件 40。
有關(guān)這些支承元件和互連結(jié)構(gòu)的構(gòu)造進(jìn)一步細(xì)節(jié)，讀者可以參考 前述有益的專利申請WO-A-00/37269和EP-A-1 359 028。
這樣的非充氣輪胎能夠安裝于任何類型的機(jī)動車輛，例如乘用車、 兩輪車(特別是摩托車和踏板車)、飛機(jī)、工業(yè)車輛，該工業(yè)車輛選自貨 車、"重型貨車"-即地鐵列車、公共汽車、重型公路運(yùn)輸車輛(卡車、拖 拉機(jī)、拖車)、諸如農(nóng)業(yè)或土木工程車的越野車-以及其他運(yùn)輸或裝卸車 輛。
總之，利用本發(fā)明的方法，目前有可能僅簡單地通過基本液態(tài)樹 脂層的單向巻繞獲得具有極高品質(zhì)的復(fù)合環(huán)，其成本較低，并特別地 避免了使用長穩(wěn)定腔及其系列輻射管。
權(quán)利要求
1、一種制造封閉幾何形狀的復(fù)合塊的方法，該復(fù)合塊以連續(xù)環(huán)的形式，基于加強(qiáng)纖維和交聯(lián)樹脂，該方法通過連續(xù)疊加地卷繞預(yù)定數(shù)目Nc層的所述加強(qiáng)纖維的帶束來制造所述復(fù)合塊，所述加強(qiáng)纖維包埋在基于包括所述交聯(lián)樹脂的組合物的基體中，所述方法從上游到下游包括如下步驟■生成加強(qiáng)纖維的直線排列，并向進(jìn)給方向傳送該排列；■在真空的作用下對所述纖維的排列進(jìn)行脫氣；■脫氣后，采用液態(tài)的所述樹脂組合物浸漬所述纖維的排列；■使如此獲得的預(yù)浸漬體通過模具，從而使得所述預(yù)浸漬體形成帶束的形狀，該帶束由處于液體樹脂基體中的加強(qiáng)纖維組成，所述帶束的厚度，標(biāo)記為“Er”，為0.1毫米至0.5毫米；■在離開所述模具后，對所述帶束的上表面進(jìn)行表面處理以生成固體表皮，該固體表皮的厚度，標(biāo)記為“Ep”，在所述帶束的厚度Er的10％以下，從而使得所述表皮用作帶束后續(xù)在其自身上卷繞的基底；■使如此表面處理的帶束堆積在限定了復(fù)合塊最終形狀的支承件上，并且單向地將所述帶束卷繞在所述支承件上，通過疊加Nc層，從而在所述支承件上直接形成所述連續(xù)環(huán)，且Nc在15以下。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加強(qiáng)纖維選自玻璃纖 維、碳纖維或這些纖維的混合物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述組合物的樹脂是 通過電離輻射能被交聯(lián)的樹脂。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，所述樹脂為聚酯樹 脂或乙烯基酯樹脂，優(yōu)選為乙烯基酯樹脂。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述乙烯基酯樹脂為環(huán)氧線型酚醛清漆乙烯基酯樹脂和/或雙酚環(huán)氧樹脂。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，所述表皮的厚度Ep在帶束的厚度Er的5M以下。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，所述帶束的厚度Er 為0.10至0.35毫米。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，所述表皮的厚度Ep 為2至IO微米。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，所述表面處理包括 對交聯(lián)樹脂的處理。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述交聯(lián)處理包括電離處理。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述電離處理包括紫外光處理。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法，所述Nc在10以下。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述Nc為5至10。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，所述環(huán)的厚度為 0.5至5.0毫米。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述環(huán)的厚度為1至2毫米。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，所述環(huán)的寬度在 25毫米以下。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述環(huán)的寬度為5至20毫米。
18、 一種用于制造封閉幾何形狀的復(fù)合塊的設(shè)備，該復(fù)合塊以連續(xù)環(huán)的形式，基于加強(qiáng)纖維和交聯(lián)樹脂，該設(shè)備通過連續(xù)疊加地巻繞 數(shù)層所述加強(qiáng)纖維的帶束來制造所述復(fù)合塊，所述加強(qiáng)纖維包埋在基 于包括所述交聯(lián)樹脂的組合物的基體中，所述設(shè)備從上游到下游包括-■生成加強(qiáng)纖維(11)的直線排列的裝置(10)，和向進(jìn)給方向(F) 傳送所述排列(12)的裝置(23); ■真空室(13， 13a， 13b);■在離開真空室后，用于以液態(tài)樹脂組合斷17)浸漬纖維(11， 12)的浸漬室(14, 15， 16， 17， 18);■包括至少一個整形模(20)的整形裝置(19， 20)，用于形成包含 纖維(11)和液態(tài)樹脂(17)的帶束(21);■能夠固化所述帶束(21)的上表面的表面處理裝置(22);■用于接收所述帶束(21)的支承件或心軸(23)，該支承件或心 軸為封閉形狀，優(yōu)選為凸形，從而通過單向疊加巻繞數(shù)層所述帶束 而形成復(fù)合環(huán)(30)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，所述表面處理裝置(22)包括交 聯(lián)樹脂的裝置。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，所述交聯(lián)裝置包括電離輻射。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，所述電離輻射包括紫外光輻射。
全文摘要
一種制造封閉幾何形狀的復(fù)合塊的方法，該復(fù)合塊以連續(xù)環(huán)的形式，基于加強(qiáng)纖維和交聯(lián)樹脂，該方法通過連續(xù)疊加地卷繞預(yù)定數(shù)目Nc層的所述加強(qiáng)纖維的帶束來制造所述復(fù)合塊，所述加強(qiáng)纖維包埋在基于包括所述交聯(lián)樹脂的組合物的基體中，所述方法從上游到下游包括如下步驟生成加強(qiáng)纖維(11)的直線排列(12)，并向進(jìn)給方向(F)傳送該排列；在真空(13)的作用下對所述纖維的排列(12)進(jìn)行脫氣；脫氣后，采用液態(tài)的所述樹脂組合物(17)浸漬所述纖維的排列(12)；使如此獲得的預(yù)浸漬體通過模具(20)，從而使得該預(yù)浸漬體形成由處于液體樹脂基體(17)中的加強(qiáng)纖維(11)組成的帶束(21)的形狀，所述帶束的厚度(Er)為0.1毫米至0.5毫米；在離開模具(20)后對所述帶束(21)的上表面進(jìn)行表面處理(22)以生成固體表皮，該固體表皮的厚度(Ep)在帶束厚度(Er)的10％以下，從而使得所述表皮用作帶束(21)后續(xù)在其自身上卷繞的穩(wěn)定基底；使如此表面處理的帶束(21)堆積在限定了復(fù)合塊最終形狀的支承件(23)上，并且單向地將所述帶束(21)卷繞在所述支承件(23)上，從而通過疊加Nc層，在所述支承件(23)上直接形成所述連續(xù)環(huán)(30)，且Nc在15以下。
文檔編號B29C70/52GK101568424SQ200780048154
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者A·德爾菲諾, J-P·梅拉爾迪 申請人:米其林技術(shù)公司;米其林研究和技術(shù)股份有限公司