發配增強纖維的方法
2023-05-01 08:27:41
專利名稱：發配增強纖維的方法
技術領域：
本發明涉及增強纖維的發配，具體點說是在製造適用於增強模塑件如結構複合體的預型件時。更具體點說，本發明涉及將連續的增強纖維接受進來，切割成分散的長度，然後將分散長度的纖維發配在一個集合面上。
背景技術：
結構複合體和其他增強模塑件通常用樹脂傳遞模塑法和結構樹脂注射模塑法製造。在將增強材料插入到模型內之前，先將增強纖維預製成形狀和大小與模塑件接近的增強層或墊可使上述模塑方法更為有效。在製造預型件時，通常的做法是將連續的增強股線或纖維送到切碎機上，切碎成許多分散長度的纖維，然後將分散長度的纖維放置在集合面上。這種方法可用來以自動方式製造預型件，只要將增強材料發配器安裝得使它能在集合面之上移動，並編好發配器移動的程序以便按預定的所需的樣式敷設增強纖維。增強材料發配器可用機械手操作或自動操作，這種增強纖維發配器對這種用途如製造汽車工業中大型結構件的預型件為已知技術。
典型的做法是在預型件上撒上粉末粘結劑，然後將它放置在模型內。模型的熱和壓力使粘結劑硬化，這樣便可生產出增強纖維的預型件，這種產品可被存儲並裝運給最終模塑用戶。模塑用戶通常用樹脂注射法將樹脂敷設在預型件上並將敷有樹脂的預型件模塑，便可制出增強產品。將連續的增強纖維切割成分散的增強纖維段的方法在製造層壓板時同樣有用。製造層壓板用的增強纖維的發配器也可移動並被編程。
隨著增強產品的技術要求的增加，需要有新的發配和敷設增強纖維的方法。一個要求是增強纖維要用比以前所用更快的速率發放，另一個要求是增強纖維須按預定的方位敷設。預型件製造工藝的進展要求可移動和可編程的增強纖維發配器能制出非常高級的纖維圖樣和定位。這樣預型件便能被設計出具有所需增強纖維的具體數量和取向，從而可提高模塑產品在最薄弱或愛力最多的部位的強度。由於這種新的高級技術，經常要求將纖維按小間距的平行排列敷設在集合面上。
曾努力嘗試發放小間距的、一般為平行的纖維，但沒有成功，特別是在高速下，而高速是在商業上進行成功運行所必需的。當典型的股線切碎機噴嘴以較快的速率操作時，切成的、分散的增強纖維就不能按小間距的平行取向敷設。纖維一般按垂直於集合面的方向導向集合面，而這個程序並不會以小間距且一般為平行的狀態將纖維留下。另外，典型的噴嘴發配裝置使用空氣流來導引增強纖維使它被切碎機的刀片切碎，並在切割後發配分散的纖維，但這樣會在纖維集合面上引起混亂。
因此在將連續的增強纖維切割成分散的纖維段並將它們發配成小間距的、一般為平行的排列方面顯然需要作出改進。
發明的公開現在已研製出發配增強纖維的新方法和裝置，可克服以前研製的方法的缺點。本發明的方法是將連續的增強纖維卷繞在一個型模如一個圓筒續或一對棒上來形成線環或線圈。然後將這些線圈沿型模的軸向滑動或移動到線圈與切刀接觸的地方。這樣這些線圈就被切割成為分散的纖維段並被發配成為一般為平行的具有小間距的排列。本發明的方法使連續纖維的輸入速率能夠增加，而仍能將分散的增強纖維按一個一般與集合面平行的方向發放。
按照本發明所提供的發配增強纖維的方法包括將一個具有連續長度的增強纖維卷繞在一個具有縱向軸線的型模上使它成為線圈，然後使這些線圈沿軸向相對於型模而移動以便與一切刀接合，將這些線圈切割成為分散長度的纖維，以及發配這些分散長度的纖維。一般地說，這些分散長度的纖維被相對於型模沿軸向發放，但如果需要，藉助於空氣射流或擋板也可沿其他方向發放。
本發明的方法使分散長度的增強纖維能相互比較平行地被發配。如果集合面一般為水平的，那麼分散長度的增強纖維一般能平行於集合面而被發配。在一具體的實施例中，分散長度的增強纖維在被發配時的取向與型模的軸線垂直。
在本發明的一個具體實施例中，用來將連續的增強纖維卷繞成線圈的型模為兩個或多個棒。型模也可以是一個圓筒。在另一實施例中，型模是一個圓錐形件。
在本發明的另外一個實施例中，切刀為一刀片。切刀在切割這些線圈時，一次可從每一個環上切出一根單一的分散長度的增強纖維，也可用兩把或多把切刀從每一個環上切出兩根或多根分散長度的增強纖維。還可用一個導具來導引這些分散長度的增強纖維，使它們一般可互相平行地被發配。
在本發明的一個較優實施例中，線圈沿軸向離開型模以便接合切刀的移動是通過線圈與一螺旋表面的接合來完成的，該螺旋表面可以是一個或多個相對於線圈而旋轉的螺旋彈簧。
按照本發明所提供的發配增強纖維用的裝置具有一個具有縱向軸線的型模，一個用來將一根連續長度的增強纖維卷繞在型模上使之成為線圈的卷繞器，一把用來將線圈切割成分散長度的增強纖維的切刀，一個用來使線圈相對於型模軸向運動以便與切刀接合併發配分散長度的增強纖維的線圈移動裝置。
附圖的簡要說明
圖1為一概略的透視圖，該圖示出一個增強材料的發配器在將分散的增強纖維放置在一個預型件的模壓面上的情況。
圖2為按照本發明的發配增強纖維用的增強材料發配器的概略立面剖視圖，為清晰起見螺旋彈簧已除去。
圖3為圖2中的增強材料發配器的一部分的概略立面剖視圖，該圖示出螺旋彈簧。
圖4為圖3中沿4-4線切開的平面剖視圖。
圖5為圖4中沿5-5線切開的平面剖視圖。
圖6為用來實現本發明的方法的另一個裝置的概略立面剖視圖。
圖7為用來實現本發明的方法的另外一個裝置的概略立面剖視圖。
實現本發明的最佳方式如圖1所示，一個機械手操作的增強材料發配器10定位後正在將分散的增強纖維12放置在一個集合面如預型件的模壓表面14上。通常預型件的模壓表面為一篩網。增強材料發配器不一定要用機械手或自動，甚至可以是固定的，只要使集合面可移動即可。真空源通常設置在篩網下，以便預型件的製造過程容易進行。從沒有示出的供應源來的連續的增強纖維16被運送到纖維發配器，在那裡連續的增強纖維被切割成分散長度的增強纖維。連續的增強纖維可以是任何一種適宜用來增強的材料。一種較優的材料為Type 30的玻璃纖維，美國Ohio州Toledo的Owens Corning公司可供，但其他礦物纖維和有機纖維如聚酯、Kevlar和碳纖維，本發明也可使用。應該知道連續纖維可以是單線或由數根線構成的股線。
如圖2所示，連續的增強纖維被輸送輪20輸送到發配器內，該輪另一個作用是可減少纖維的扭曲並向連續纖維供應源上遊移動的趨勢。然後使連續纖維沿著一個旋轉件如轉子22的外表面輸送。轉子可用任何合適的裝置如電動機24使它安裝得可以旋轉。位在轉子下遊為一型模，由於轉子的旋轉作用，連續的增強纖維就卷繞在型模上。型模可以是任何形狀只要能合適地接受連續增強纖維的卷繞。在圖2所示的實施例中，型模為一對棒26，連續增強纖維被卷繞在其上形成一連串的一般為平行的線環或線圈28。所示的型模(或棒26)不是運動的，但卻有一縱向軸線30，該軸線也可與轉子的旋轉軸線在同一直線上。應該知道在另一個設計內，型模(即棒)是可以轉動的，而轉子可以是固定的。這樣安排同樣可以將連續的增強纖維卷繞在型模上形成線圈。而且，型模和轉子兩者可以安裝得都能轉動並能以不同的速率轉動，使連續纖維能被卷繞在型模上形成線圈。
一旦在型模周圍形成線圈，就可使線圈沿型模的軸向向下遊(在圖2中向左邊)移動。任何裝置都可使用使線圈相對於型模而沿軸向移動。如圖3所示，線圈可利用螺旋表面如螺旋彈簧32的作用向下遊移動。螺旋彈簧可用任何合適的裝置如彈簧軸34安裝，使得它能夠轉動。螺旋彈簧的轉動使彈簧的表面與連續纖維的線圈接合併促使線圈相對於型模而沿軸向移動。另一種使線圈相對於型模而沿軸向移動的裝置為一振動系統，它可使棒振動並利用重力使繞圈向下移動。
隨著線圈相對於型模軸向移動，線圈被切刀接觸，切刀在線圈28的每一環上作出一個或多個切割。切刀可以是任何型式只要能夠將連續增強纖維切斷成為分散長度的纖維12即可。作為切刀還可包括加熱裝置和雷射器。如圖2到5所示，切刀可以是裝在型模上的刀片，例如裝在每一根棒26上的刀片36。位在刀片36附近為皮墊輥或皮墊38，其作用為將連續增強纖維準確地壓到刀片內，以便保證切割而不是僅僅拖拉縴維越過刀片。與切刀配合使用的皮墊是一般都知道的，可用任何合適的材料製成。如果需要，皮墊也可安裝得可以轉動。
如圖5所示，在線圈28被刀片切割後，它們就成為分散長度的纖維12向下遊移動。為了確保分散長度的纖維按一般為平行的、小間距的方式敷設在預型件的模壓表面上，可使用導具如導板40。導板可幫助使分散長度的纖維對齊，並確保它們以均勻的、受控的方式被發配。最好，分散長度的纖維被發配在棒的軸向上，但也可用擋板或空氣射流使分散長度的纖維分配在其他方向上。由於分散長度的纖維是由切割線圈形成的，它們在發配時一般的取向為與型模的軸線垂直，並且一般與預型件的模壓表面14平行。
雖然圖2到5示出的用來將連續增強纖維16卷繞在其上的型模為一對棒26，但型模也可具有其他外形。例如，型模可以是三根一般為平行的棒。型模可以為一圓筒。型模也可以為一圓錐形件，如圖6所示。位在轉子22下遊的圓錐形件42被沒有示出的裝置安裝得能轉動。轉動轉子將連續增強纖維16排列成為線圈28卷繞在圓錐形件上。線圈被任何合適的裝置如傳送器或帶44夾住或抓住，並被相對於型模即圓錐形件沿軸向拉動或移動。在傳送帶對面為一切刀，其形式可為一切刀輪46和一皮墊輪48。當線圈相對於圓錐形件沿軸向而被傳送帶拉動時(向左邊，如圖6所示)，線圈就被切割形成分散長度的纖維12。
如圖2到5所示，採用兩個刀片來發配分散長度纖維的方法可在每一個線圈上產生兩根分散的纖維。而如圖6所示，只採用一個刀片時，每一個線圈上使只產生一根分散的纖維。在這種情況下，對纖維操縱裝置如沒有示出的修改的導板可能有利，因為在切割後可先放開散開長度的纖維，然後使它們對齊在一般為平行的方向上。
如圖7所示，將連續的增強纖維16卷繞在其上的型模也可以是一對旋轉的螺杆50。線圈28被轉子22卷繞在螺杆上。螺杆的旋轉作用強制線圈相對於型模即一對螺杆而沿軸向移動，並被刀片切割。刀片將線圈切割成分散長度的纖維，這些纖維將相對於型模(一對螺杆)沿軸向發配。
從上可見本發明可以作出各種變型。但這些變型應被認為屬於本發明的範圍之內。
工業應用性本發明在製造適用於模塑過程的預型件及在製造增強的層壓板方面是有用的。
權利要求
1.一種發配增強纖維(12)的方法，該方法包括將一個具有連續長度的增強纖維(16)卷繞在一個具有縱向軸線(30)的型模(26、42、50)上使它成為線圈(28)，使這些線圈(28)沿軸向相對於型模(26、42、50)移動以便與切刀(36、46)接觸，將所述線圈(28)切割成分散長度的增強纖維(12)，和發配所述分散長度的增強纖維(12)。
2.按照權利要求1的方法，其特徵為，分散長度的增強纖維(12)相對於型模(26、42、50)沿軸向發配。
3.按照權利要求2的方法，其特徵為，分散長度的增強纖維(12)在被發配時的取向與型模(26、42、50)的軸線垂直。
4.按照權利要求1的方法，其特徵為，分散長度的增強纖維(12)相互間比較平行地被發配。
5.按照權利要求1的方法，其特徵為，分散長度的增強纖維(12)被發配在一個一般為水平的集合面(14)上，而且分散長度的增強纖維(12)一般平行於集合面(14)而被發配。
6.按照權利要求1的方法，其特徵為，型模為兩根棒(26)，連續的增強纖維(16)被卷繞在其上形成線圈(28)。
7.按照權利要求1的方法，其特徵為，型模為三根或更多的棒(26)，連續的增強纖維(16)被卷繞在其上形成線圈(28)。
8.按照權利要求1的方法，其特徵為，型模為一圓錐形件(42)，連續的增強纖維(16)被卷繞在其上形成線圈(28)。
9.按照權利要求1的方法，其特徵為，切刀為一刀片(36)。
10.按照權利要求1的方法，其特徵為，切刀(36)將每一個線圈(28)切割成至少兩個分散長度的增強纖維(12)。
11.按照權利要求1的方法，其特徵為，型模(26)配有導板(40)，以便發配分散長度的增強纖維(12)。
12.按照權利要求1的方法，其特徵為，線圈(28)沿軸向離開型模(26、50)以便與切刀(36)接觸的移動是通過線圈(28)與一螺旋表面(32、50)的接合來完成的。
13.按照權利要求1的方法，其特徵為，螺旋表面為一相對於線圈(28)而旋轉的螺旋彈簧(32)。
14.一種發配增強纖維(12)的方法，該方法包括將一個具有連續長度的增強纖維(16)卷繞在一個具有縱向軸線(30)的型模(26、42、50)上使它成為線圈(28)，使這些線圈(28)沿軸向相對於型模(26、42、50)移動以便與切刀(36、46)接觸，將所述線圈(28)切割成為分散長度的增強纖維(12)，和相對於型模(26、42、50)沿軸向且相互間較為平行地發配所述分散長度的增強纖維(12)。
15.按照權利要求14的方法，其特徵為，分散長度的增強纖維(12)被發配在一個一般為水平的集合面(14)上，而且分散長度的增強纖維(12)一般平行於集合面(14)而被發配。
16.按照權利要求15的方法，其特徵為，型模為一圓錐形件(42)，連續的增強纖維(16)被卷繞在其上形成線圈(28)。
17.按照權利要求14的方法，其特徵為，線圈(28)沿軸向離開型模(26、50)以便與切刀(36)接觸的移動是通過線圈(28)與一相對於線圈(28)而旋轉的螺旋表面(32、50)的接合來完成的。
18.按照權利要求14的方法，其特徵為，分散長度的增強纖維(12)在被發配時的取向與型模(26、42、50)的軸線垂直。
19.一種發配增強纖維(12)的方法，該方法包括將一個具有連續長度的增強纖維(16)卷繞在一個具有縱向軸線(30)的型模上使它成為線圈(28)，使這些線圈(28)沿軸向相對於型模移動以便與切刀(46)接觸，將所述線圈(28)切割成為分散長度的增強纖維(12)，和相對於型模沿軸向且相互間較為平行地將所述分散長度的增強纖維(12)發配在一個一般為水平的集合面(14)上，其中型模為一圓錐形件(42)，連續的增強纖維(16)被卷繞在其上形成線圈(28)。
20.按照權利要求19的方法，其特徵為，線圈(28)沿軸向離開型模(42)以便與切刀(46)接觸的移動是通過線圈(28)與一相對於線圈(28)而旋轉的螺旋表面的接合來完成的，而分散長度的增強纖維(12)在被發配時的取向與型模(42)的軸線垂直。
全文摘要
一種發配增強纖維(12)以便製造預型件或層壓板的方法,該方法包括:將一根具有連續長度的增強纖維(16)卷繞在一個具有縱向軸線(30)的型模(26、42、50)上形成線圈(28),使這些線圈(28)相對於型模(26、42、50)軸向移動以便被切刀(36、46)接觸,將這些線圈(28)切割成分散長度的增強纖維(12),和發配所述分散長度的增強纖維(12)。
文檔編號B29K105/06GK1188440SQ96193901
公開日1998年7月22日 申請日期1996年3月26日 優先權日1995年4月10日
發明者米歇爾·H·揚德爾 申請人:N·V·歐文斯科爾寧格公司