連續長絲墊席的製作方法

2023-12-01 09:06:06 2

專利名稱：連續長絲墊席的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種新穎的連續長絲墊席。
背景技術：
在本領域公知的加強織物由形成機織材料、針織材料和無紡材料 的纖維材料製成。典型地通過玻璃紗線、碳紗線和芳族聚醯胺紗線形 成織物，且多個織物層被堆疊並被切成幹織物套件或預製坯。所述預 制坯隨後被浸漬或浸入樹脂粘合劑並被固化以形成剛性複合物。
典型地，玻璃加強纖維墊席經預成型，隨後^C置於模具中以模塑 為纖維加強制品。玻璃纖維加強墊席用於需要必要強度的情形，如用 於卡車的防護板、汽車底盤或客車的構件等。例如，連續生絲(strand) 墊席的層和單向或多向加強材料的層分別地進行製造。這些層被單獨 地置於一套預成型篩網中，所述預成型篩網一般包括上部篩網和下部 篩網。所述上部篩網和下部篩網一起移動以使多層結構符合預成型篩 網的形狀。因此所述多層結構成形為所稱為的預製坯。所述預製坯隨 後被置於模具中，並以合適的樹脂類材料注入以製成纖維加強制品。
本發明的受讓人所有的於2005年3月31日^^開的美國專利公開 No.2005-0070182 7>開了一種無巻曲浸漬加強織物。這種單向織物在較 大尺寸的絲束之間具有間隔開的較小尺寸的絲束。由較大絲束之間的 較小絲束形成的"通道"使樹脂更快速地浸漬並提高了生產率。
本發明涉及一種改進的浸漬織物，所述浸漬織物在包括VIP、RTM和RTM Lite或VARTM處理的封閉模塑處理的範圍內更好地優 化了配套(kitting )、預成型、加工的一致性、樹脂浸漬速率、凝固厚 度、表面美觀性、以及複合物的結構性能。這代表由船舶(marine )、 航空(wind)、建造、運輸和工業用戶使用的複合物封閉模塑過程的 全部範圍。另外，本發明還涉及一種新穎的連續長絲墊席和用於製造 這種改進的浸漬織物墊席的粘合劑。

發明內容
所述浸漬織物包括從由連續長絲墊席、直接短切墊席、直接連 續墊席和這些墊席的結合物構成的組中選擇的墊席，以及機織粗紗或 粘合增強層。在一種可行的實施例中所述墊席和所述機織粗紗增強層 4皮縫合在一起。
更具體而言，所述墊席通過從由玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、 玻璃碳纖維、非石墨碳纖維、硼單塊石墨纖維、硼單塊非石墨碳纖維、 矽樹脂、芳族聚醯胺、陶瓷纖維、熱塑性聚合物纖維、天然纖維和其 混合物構成的組中選擇的材料構成。諸如棉花、洋麻、劍麻、黃麻之 類的天然纖維可以單獨使用或與任意的以上所述的材料結合使用。所 述機織粗紗或粘合加強層也可以由同以上所列材料相同的材料構造 成。
典型地，機織粗紗加強層14的單位面積重量介於約8至約 60oz/sq.yd (約0.27至約2.03kg/sq.m )之間。進一步，機織粗紗加強 層從平紋式樣、斜紋式樣和緞紋式樣的組中進行選擇。所述機織粗紗 加強層包括多個平行的絲束，其中至少兩個絲束具有不同的每磅的碼 數，以形成間隔開的通道。典型地，兩個絲束中的第一絲束的每磅的 碼數A介於約750至約2500yds/lb(約1511.9至約5039.7m/kg )之間， 且所述兩個絲束中的第二絲束的每磅的碼數B介於約52至約450 yds/lb (約104.8至約907.2m/kg )之間。
根據本發明另 一種可行的實施例，所述浸漬織物還包括鋪面墊席。 所述墊席夾在所述鋪面墊席和所述機織粗紗加強層之間。根據本發明 一種特別的實施例，所述浸漬織物的墊席是包括從E-玻璃纖維和/或ECR-玻璃纖維、粘合劑和漿料的連續長絲墊席。更具 體而言，所述連續長絲墊席在所述纖維上包括重量百分比介於約80 至約99之間的玻璃纖維；重量百分比介於約1至約20之間的粘合劑； 以及重量百分比介於約0.01至約1之間的漿料。所述玻璃纖維被設置 為玻璃長絲束。所述玻璃長絲束的每束包括約20至約140個玻璃長絲。 各所述玻璃長絲的平均直徑介於約ll微米至約26微米之間。所述玻 璃長絲束的直徑介於約0.127mm至約3.175mm之間。成圈率在約2.0 至約8.0之間的範圍內。
所述粘合劑是聚酯或諸如環氧樹脂和環氧酚醛的環氧相容性粘合 劑環氧親和性粘合劑。所述聚酯粘合劑被研磨成粒度介於約25mm至 約200mm之間。所述粘合劑還包括滑石和過氧化苯甲醯。更具體而 言，所述粘合劑包括重量百分比介於約92.5至約99.8之間的聚酯； 重量百分比介於約0.01至約5之間的滑石；以及重量百分比介於約0.1 至約2.5之間的過氧化苯曱醯。
更進一步，所述連續長絲墊席具有以丙酮可萃取物表示的固化度 介於約50%至約100%之間。更典型地，所述連續長絲墊席具有以丙 酮可萃取物表示的固化度介於約60%至約90%之間。
根據本發明的另一方面，提供了一種連續長絲墊席。所述連續長 絲墊席包括E-玻璃纖維和/或ECR-玻璃纖維、粘合劑和漿料。所述連 續長絲墊席包括重量百分比介於約90至約98之間的E-玻璃或ECR-玻璃纖維；重量百分比介於約2至約IO之間的粘合劑；以及重量百分 比介於約0.1至約1之間的漿料，所述玻璃纖維被設置為玻璃長絲束。 所述玻璃長絲束的每束包括約20至約140個玻璃長絲。各所述玻璃長 絲的平均直徑介於約11微米至約26微米之間。所述玻璃長絲束的直 徑介於約0.127mm至約3.175mm之間。成圏率在約2.0至約8.0之間 的範圍內，以丙酮可萃取物測量的固化度介於約50%至約100%之間 並且更典型地介於60%至90%之間。
在一種特別有利的實施例中，所述連續長絲墊席包括每束或每圏生絲具有介於約44至約50長絲的E-玻璃纖維或ECR-玻璃纖維。所 述束的平均直徑為約0.3048mm，並且其範圍介於約0.127至約1.27 之間。所述生絲對於墊席結構或優選的成圏率介於大約6.0至大約6.6 之間。
根據本發明的另 一方面，提供一種粘合劑用於製備玻璃纖維墊席。 所述粘合劑包括重量百分比介於約95至約99.8之間的聚酯；重量 百分比介於約O.OS至約3之間的滑石；以及重量百分比介於約0.2至 約2之間的過氧化苯曱醯。所述聚酯粘合劑被研磨成粒度介於約25mm 至約200mm之間。所述聚酯以乙二醇和富馬酸為基礎。
在以下的說明中通過對最適合實施本發明的一些方式進行說明而 簡單地示出並描述了本發明的幾個不同的實施例。應當理解的是，本 發明能夠以其它不同的實施例進行實施，並且其細節能夠在多個顯而 易見的不脫離本發明範圍的方面進行改型。因此，附圖和文字說明本 質上是說明性的而非限制性的。


併入說明書並組成說明書一部分的附圖示出了本發明的幾個方 面，並與說明書一起解釋本發明的特定原理。在附圖中
圖1是本發明的浸漬織物的一個可行實施例的局部截面立體圖； 圖la是如圖1所示的浸漬織物的完整橫截面圖； 圖2是本發明的浸漬織物的另一個可行實施例的局部截面立體 圖；以及
圖2a是如圖2所示的浸漬織物的完整橫截面圖。 現將詳細參考本發明的優選實施例，其實例在附圖中示出，
具體實施例方式
本發明的浸漬織物IO的第一實施例在圖l和圖la中示出。如圖 所示，浸漬織物10包括墊席12和機織粗紗或粘合加強層14。墊席12 和機織粗紗加強層14都可以從玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、玻璃碳纖維、非石墨碳纖維、硼單塊石墨纖維、硼單塊非石墨碳纖維、矽樹 脂、芳族聚醯胺、陶瓷纖維、熱塑性聚合物纖維、天然纖維(例如， 棉花、洋麻、劍麻、黃麻)以及它們的混合物的構成的組中選擇的材
料構成。墊席12和機織粗紗加強層14當然可以根據需要由同以上所 列材料相同或不同的材料構成。
機織粗紗加強層14的單位面積重量介於大約8至大約60oz/sq.yd (大約0.27至大約2.03kg/sq.m )之間。機織粗紗加強層14從平紋式 樣、斜紋式樣和緞紋式樣的構成的組中進行選擇。機織粗紗或粘合加 強層14還包括多個平行的絲束18、 20，其中至少兩個絲束具有不同 的每磅的碼數，以形成間隔開的通道21。兩個絲束中的第一絲束18 的每磅的碼數A介於大約750至2500yds/lb之間(大約1511.9至大約 5039.7m/Kg)。兩個絲束中的第二絲束20的每磅的碼數B介於大約52 至大約450yds/lb之間(大約104.8至大約907.2m/Kg)。通過將一個 或多個較小的第一絲束18置於兩個或多個較大的笫二絲束20之間， 設置通道21。典型的機織粗紗加強層14包括一組這些通道21，所述 通道21的組在模塑處理中使樹脂迅速地浸漬通過浸漬織物10。
所述絲束18 、 20的間距典型地由在模塑處理中使用的樹脂確定。 更具體而言，粘性較大的樹脂在單位表面積上需要更多的通道，以在 模塑處理中更好地促進樹脂的流動。可選擇地，粘性較小的樹脂更易 於流動，單位表面積上需要較少的通道。在這種情形時在大量的較大 絲束20之間需要少量的較小絲束18。
機織粗紗或粘合加強層14典型地包括單向纖維取向。可以使用多 種方法將初級纖維維持在單向層的適當的位置中。這些方法包括現有 技術中已知的機織、縫合和粘合。在一個特別有利的實施例中，所述 層14由無巻曲的經編針織物(另外還稱為縫編織物)構成。在示例性 實施例中，機織粗紗或粘合加強層14的絲束18、 20通過次級非結構 性的縫合線22保持在適當的位置。典型地所述縫合線22可是聚酯線 或任何其它在本領域中常規使用的線。
墊席12和機織粗紗或粘合加強層14通過適合的方法連接在一起。在示例性實施例中，所述連接通過使用常規的縫編技術和類型來縫編
諸如經紗、特裡科經編針織物、改進的特裡科經編針織物或promat 織物而完成。為此，可以使用本領域中已知的常規機器(如Liba縫 編機)。
如圖l和圖la所示，浸漬織物IO還可以包括第二機織粗紗或粘 合加強層24。所述第二機織粗紗加強層24具有與第一機織粗紗加強 層14類似的結構，即第二機織粗紗或粘合加強層包括多個平行的絲 束26、 28，其中至少兩個絲束具有不同的每磅的碼數，以形成間隔開 的通道用於注入樹脂。所述絲束26、 28不必具有和第一機織粗紗加強 層14中絲束18、 20相同的每磅的碼數。但是應當理解的是，第一機 織粗紗加強層14的絲束18、 20沿第一方向延伸，而第二機織粗紗加 強層24的絲束26、 28沿與第一方向偏置的第二方向延伸。典型地， 所述偏置大致為卯度。這種結構性設置使浸漬織物IO增加了額外的 強度。
浸漬織物10的可選實施例如圖2和2a所示。所述實施例包括與 如上所述的相對於圖1示出的實施例基本相同的墊席12和機織粗紗或 粘合加強層14。另外，所述浸漬織物10包括鋪面墊席30。所述鋪面 墊席30連接至墊席12與機織粗紗加強層14相對的面，從而墊席12 -故夾在鋪面墊席30和機織粗紗加強層14之間。鋪面墊席30由諸如另 一種連續纖維墊席的印漿布層粘連介質(print blocking media )或組 合有玻璃纖維、聚酯纖維、天然纖維(例如，棉花、洋麻、劍麻、黃
麻)、聚合物顆粒和粘合劑的面紗料形成。鋪面墊席30可以通過紡絲 粘合、溼法粘合、幹法粘合和針刺連接至墊席12。
如上所述，墊席12可以是連續長絲墊席。為了實現本申請文件的 目的，"連續長絲"解釋為在複合物凝固時適當地用於溼潤或粘著樹脂 或聚合物的單個經處理的、確定尺寸或完成的纖維準直組件。
還是為了實現本申請文件的目的，"連續長絲墊席"解釋為連續成 束纖維的隨意巻繞設置，所述連續成束纖維在形成平面各向同性的墊 席的過程中具有由成圈率限定的方向。使可用的連續長絲墊席12採用大約2.0至大約8.0之間，並且典型地介於大約6.0至大約6.6之間的 成圏率(成圏率是生絲或絲束速度/振動速率)製成。
特別用於本發明的連續長絲墊席12還包括E-玻璃和/或ECR-玻 璃纖維、粘合劑和漿料。這種玻璃纖維設置為玻璃長絲束。所述玻璃 長絲束的每單位絲束包括大約20至大約140根長絲。各長絲的平均直 徑介於大約11至大約26微米之間。所述絲束的直徑介於大約0.127 至大約3.175mm之間。
在一個特別有用的實施例中，長絲的平均直徑介於大約17.0和大 約20.0微米之間。進一步講，每束或每圏生絲有大約44至大約55根 長絲。所述生絲或絲束的平均直徑為大約0.3048mm，並且所述絲束 的直徑介於大約0.127至大約1.27mm的範圍內。所述生絲對於墊席 結構或優選的成圏率介於大約6.0至大約6.6之間。
所述粘合劑是聚酯或如粉末狀的環氧樹脂或酚醛環氧樹脂的環氧 相容性粘合劑。環氧樹脂包括由表氯醇和雙酚A製成的粘合劑。酚醛 環氧樹脂由表氯醇和酚醛樹脂(苯酚-甲醛)反應製成的樹脂。
在一個可行的實施例中，聚酯粘合劑以乙二醇和富馬酸為基礎。 所述粘合劑還包括滑石和過氧化苯甲醯。所述粘合劑的典型的應用是 研磨成粒度介於大約25至200mm之間。滑石作為結晶促進劑加入。 所述粘合劑通過低溫下將結晶的聚合物和少量的硬脂酸鋅研磨成需要 的粒度而製備。這種粉末隨後與過氧化苯甲醯進行幹混合。更具體而 言，所述粘合劑包括大約95至大約99.8重量百分比的聚酯，大約0.05 至大約3重量百分比的滑石以及大約0.2至大約2重量百分比的過氧 化苯曱醯。
在連續長絲墊席12中使用的漿料包括一種或多種組合有水、乙 酸、矽烷和一種殺蟲劑的配方。用於本發明的矽烷偶聯劑包括但不限 於從General Electric Silanes中可獲得A-187、 A-171、 A-174和A-1100 矽烷。用於本發明的潤滑劑包括但不限於由ICI America and Omega 16407製造及出售的Cirrosol 185AE和185AN。用於本發明的殺蟲劑 包括但不限於含有二/三丁基氧化錫的季銨化合物。 一個這種殺蟲劑以Biomet 66為商標出售並從Atochem可獲得。
連續長絲墊席12在輸送鏈上通過傳送玻璃長絲束經過粘合劑施 加過程而製造。所述輸送鏈的一部分被支撐在稱為色漿盤的端部開口 槽中。所述色漿液盤的目的是積聚足夠的淤漿並完全沒過非織造網一 段時間。淤漿從位於色漿盤入口端上方的儲器並朝向色漿盤(即，簾 幕編碼器(curtain coder))入口端供給。所述儲器通過在儲器最低端 部分上的狹槽排出淤漿。所述儲器和狹槽延伸過色漿盤的寬度。儲器 和狹槽的主軸線定向為垂直於處理的輸送鏈上的機器方向(主軸線)。
淤漿從儲器狹槽豎直向下地以連續的簾幕形式向玻璃生絲的非織 造網的上表面排出。淤漿簾幕的速度隨著淤漿從儲器狹槽的排出速度、 狹槽和網表面之間的豎直距離以及淤漿粘度變化而變化。
玻璃生絲的非織造網和輸送鏈對淤漿流基本是可滲透的，從而使 淤漿容易在玻璃生絲和輸送鏈金屬絲的周圍流動，並向下流動至不可 滲透的色漿盤。當來自儲器的豎直淤漿流撞擊色漿盤的平表面上(與 色漿盤的表面垂直)時，所述豎直淤漿流再取向為水平流。當所述淤 漿流與非織造網、輸送鏈和色漿盤相互作用時，所述淤漿流通常再取 向以沿與傳送器和網相同的方向流動。來自色漿盤的淤漿的去除率隨 著淤漿向色漿盤的供應速率、輸送鏈的厚度、輸送鏈和淤漿的阻力、 淤漿的粘度、色漿盤中淤漿的深度及其它因素變化而變化。由儲器供 給的淤漿的體積流量被設計為足以確保所述網當被承載通過色漿盤的 大部分長度時被完全地浸沒。所述淤漿流動通過玻璃生絲並且留下粘 合劑沉積物，所述粘合劑沉積物在烤箱中隨後被固化為粘合墊席結構。
為了使連續長絲墊席12允許得到所需的樹脂浸漬，玻璃纖維束不 能太大或靠得太近。這些方面均會影響墊席構造在樹脂浸漬上的開放 性和滲透性，用於本發明的連續長絲墊席12包括但不限於從本發明的 受讓人處可商業上獲得的CFM8610、CFM8620、CFM8630、CFM8635、 CFM8636、 CFM8643。
影響RTM、 RTM lite或VIP處理的樹脂浸漬的因素在減小樹脂 粘度和增大墊席/纖維的平面滲透性的需求上遵循Darcy法則。平衡樹脂浸漬和模塑一致性(mold conformabmty )的連續長絲墊席的滲透 性已顯示出通過成絲作用的減小、恰當的緻密和粘合劑的固化而得以 改善。墊席的隨意巻繞、連續纖維和恰當漿料/粘合劑的的化學性質獲 得優良的複合物的機械的和結構的性能。為了實現所述申請文件的目 的以丙酮的可萃取物檢測固化度。通過丙酮的可萃取物檢測的連續長 絲墊席的固化度介於大約50%至大約100%之間，並且更典型地介於 大約60%至90%之間。
包括在圖l和圖2中示出的本發明的浸漬織物10的多種實施例特 別適用於模塑處理，在這種模塑處理中樹脂必須移動通過織物以產生 凝固的複合物。 一種特殊的處理過程為樹脂傳遞模塑(RTM)。樹脂 傳遞模塑(RTM)是這樣一種處理，即通過該處理樹脂在低粘度和低 壓下被泵入封閉的、包括千織物(即，織物10)的預製坯的模塑模具 組中，以使樹脂浸入所述預製坯且製成纖維加強複合物部分。所述 RTM處理能夠被用於生產形狀複雜的低成本複合物部分。這些部分連 同內模線(mold line)和外模線控制表面一起典型地需要連續纖維的 加強。在大型結構和小型結構中包括並且置放連續纖維加強的能力設 定了除其它液體模塑處理的之外的RTM。
所述織物IO還用於真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)系統。在 VARTM中，預製坯被諸如織物IO之類的柔性片材或襯墊覆蓋。所述 柔性片材或襯墊夾在模具上以在包封件中密封預製坯。隨後將催化基 質樹脂引入所述包封件以使所述預製坯潤溼。通過真空管將包封件的 內部抽真空以使柔性片材向預製坯陷縮。真空抽吸樹脂通過預製坯並 幫助避免在成品中形成氣泡或空隙。當受到真空時，基質樹脂固化。 通過應用真空能夠將在固化處理中產生的任何氣霧抽走。本發明的織 物10適用於標準的真空浸漬模塑處理以及加強織物在真空下的處理。
總之，本發明的織物10能夠提供諸多優點。所述織物10的特徵 在於優秀的操作性能，易於使用以及無法超越的樹脂滲透性。更快的 流速會產生更高的產量和更高的模具周轉率，同時通過消除局部樹脂 分布介質而潛在地降低了成本。進一步，對環境的VOC損耗降低。而且，能夠以最少的勞動力和成本實現層壓主體。
為了圖示和說明的目的提出了對本發明優選實施例的上述說明。 所述說明並非窮舉或將本發明限制於公開的具體形式。根據上述指導 可以進行明顯的改型或變化。
所選擇並描述的實施例對本發明的原理提供了最好的解釋，由此 本發明的實際應用能夠使本領域的普通技術人員以多種實施例並且通 過適於具體的預期用途的多種改型利用本發明。當根據對權利要求賦 予合理、合法及等價的權利所限定的範圍進行解釋時，所有的這些改 型和變化均落入由附屬權利要求限定的本發明的範圍內。附圖和優選 實施例並非並且不是為了以任何方式限定權利要求的通常意義以及合 理及寬泛的解釋。
權利要求
1.一種連續長絲墊席(12)，所述連續長絲墊席包括從由E-玻璃纖維、ECR-玻璃纖維和這些纖維的混合物構成的組中選擇的玻璃纖維；粘合劑；以及漿料；所述連續長絲墊席的特徵在於成圈率介於約2.0至約8.0之間，且當以丙酮可萃取物進行測量時，固化度介於約50％至約100％之間。
2. 如權利要求l所述的連續長絲墊席，其中所述玻璃纖維被設置 為玻璃長絲束。
3. 如權利要求2所述的連續長絲墊席，其中所述玻璃長絲束中的 每束包括約20至約140個玻璃長絲。
4. 如權利要求3所述的連續長絲墊席，其中所述玻璃長絲束的所 述玻璃長絲的平均直徑介於約ll微米至約20微米之間。
5. 如權利要求4所述的連續長絲墊席，其中所述玻璃長絲束的平 均直徑為約0.3048mm，且直徑範圍介於約0.127mm至約1.27mm之 間。
6. 如權利要求l所述的連續長絲墊席，其中所述粘合劑為聚酯。
7. 如權利要求6所述的連續長絲墊席，其中所述聚酯粘合劑被研 磨成粒度介於約25mm至約200mm之間。
8. 如權利要求7所述的連續長絲墊席，其中所述粘合劑還包括滑石。
9. 如權利要求7所述的連續長絲墊席，其中所述粘合劑還包括過 氧化苯甲醯。
10. 如權利要求7所述的連續長絲墊席，其中所述粘合劑包括 重量百分比介於約95至約99.8之間的聚酯； 重量百分比介於約0.05至約3之間的滑石；以及 重量百分比介於約0.2至約2之間的過氧化苯甲醯。
11. 如權利要求7所述的連續長絲墊席，其中當以丙酮可萃取物 進行測量時，所述固化度介於約60%至約90%之間。
12. 如權利要求1所述的連續長絲墊席，其中當以丙酮可萃取物 進行測量時，所述固化度介於約60%至約90%之間。
13. 如權利要求5所述的連續長絲墊席，其中當以丙酮可萃取物 進行測量時，所述固化度介於約60%至約90%之間。
全文摘要
本發明提供一種連續長絲墊席，其包括從由E-玻璃纖維、ECR-玻璃纖維和這些纖維的混合物構成的組中選擇的玻璃纖維；粘合劑；以及漿料。其中所述連續長絲墊席的成圈率介於約2.0至約8.0之間，且當以丙酮可萃取物進行測量時，固化度介於約50％至約100％之間。
文檔編號D06N7/00GK101575811SQ20091014704
公開日2009年11月11日 申請日期2005年10月19日 優先權日2004年10月22日
發明者D·R·哈特曼, M·W·鄧恩 申請人:歐文斯-康寧玻璃纖維技術第二有限公司