[发明专利]在流化床中制造用热塑性聚合物预浸渍的纤维材料的方法

说明书

制造预浸渍的纤维材料的方法，所述预浸渍的纤维材料具有连续纤维的纤维材料和热塑性聚合物基质。所述预浸渍的纤维材料作为一个单向带材或多个单向带材生产。所述方法包括以下步骤：用呈粉末形式的所述至少一种热塑性聚合物基质浸渍呈纱束(81a)或若干平行纱束形式的所述纤维材料，所述浸渍步骤经由在槽(20)中的干途径进行，并且通过控制所述纤维材料在粉末中的停留时间来控制所述纤维材料中的所述至少一种热塑性聚合物基质的量。

技术领域

本发明涉及制造用热塑性聚合物预浸渍的纤维材料的方法。

更具体而言，本发明涉及制造预浸渍的纤维材料的方法，该方法包括制备预浸渍的纤维材料、特别是完全预浸渍的纤维材料的浸渍步骤，所述预浸渍的纤维材料具有降低和受控的孔隙率，以获得校准尺寸的预浸渍的纤维材料的带材(tape)，其可以直接用于制造三维复合材料部件。

在本说明书中，表述“纤维材料”应理解为意指增强纤维的集合。在其成形之前，其为纱束(roving)的形式。在其成形之后，其为条带(或带材)或片材的形式。当增强纤维为连续时，其集合构成织物或非织物(NCF)。当增强纤维为较短时，其集合构成毛毡(felt)或非织物。

这样的预浸渍的纤维材料特别地旨在用于生产轻质复合材料，其用于制造具有三维结构并具有良好机械和热性质的机械部件。当纤维由碳制成或当树脂用合适的添加剂填充时，这些纤维材料能够释放静电荷。因此，其具有与部件的制造兼容的性质，尤其是在机械、民用或军用航空和航海、机动车辆、石油和天然气、特别是海上石油或天然气、气体储存、能源、健康和医疗、军队和武器装备、运动和休闲以及电子领域。

这类浸渍纤维材料也称为复合材料。其包括由增强纤维组成的纤维材料和由浸渍聚合物组成的基质。该基质的主要作用是使增强纤维保持紧凑的形状并使最终产品具有期望的形状。该基质还确保了纤维之间的电荷转移，因此决定了复合材料的机械强度。这种基质还用于保护增强纤维免受磨损和侵蚀性环境影响，以控制表面外观并分散纤维之间的任何电荷。该基质的作用对于复合材料的长期强度是重要的，特别是在疲劳和蠕变方面。

背景技术

由预浸渍的纤维材料制造的高质量的三维复合材料部件，其特别地通过控制用热塑性聚合物浸渍增强纤维的方法实现。

在本说明书中，术语“条带”用于表示纤维材料的条带，其宽度大于或等于400mm。术语“带材”用于表示校准宽度小于或等于400mm的带材。

术语“纱束”也用于表示纤维材料。

到目前为止，通过浸渍热塑性聚合物或热固性聚合物增强的纤维材料的条带的制造根据几种方法来进行，这些方法特别地取决于聚合物的性质、期望的最终复合材料的类型和其使用领域。通过粉末沉积或通过熔融聚合物的十字头挤出的浸渍技术通常用于用热固性聚合物(如环氧树脂，例如入专利WO2012/066241A2中所记载)浸渍增强纤维。这些技术通常可以直接应用于通过热塑性聚合物的浸渍，特别是具有高玻璃化转变温度的那些，其熔体粘度太高而无法获得令人满意的对纤维的浸渍和高质量的成品或半成品。

另一种已知的浸渍方法是使纤维连续通过聚合物粉末的水分散体聚合物颗粒的水分散体或聚合物的水乳液或悬浮液。可以参考例如文献EP0324680。在该方法中，使用微米尺寸(约20μm)的粉末的分散体。浸泡在水溶液中之后，用聚合物粉末浸渍纤维。该方法然后涉及干燥步骤，该步骤包括使浸渍的纤维通过第一烘箱以使在浸泡过程中吸收的水蒸发。然后需要热处理步骤，其包括使浸渍和干燥的纤维通过第二温度加热区，以使聚合物熔化，从而使其粘附、铺展并覆盖纤维。

该方法的主要缺点是沉积的均匀性，其有时不完美。与该方法相关的另一个问题是干燥时间和能量消耗，这极大地影响了生产成本。此外，所使用的粉末的粒度通常很细(通常以体积计的D50为20μm)，而这也增加了预浸渍带材或预浸渍片材的最终成本。

此外，该方法的干燥步骤通过水的蒸发在预浸渍纤维中产生孔隙。