用于液體和固體粒子的纖維基載體結構的制作方法
【專利說明】用于液體和固體粒子的纖維基載體結構
[0001] 本發(fā)明涉及一種纖維基載體結構，其由成比例的工業(yè)生產(chǎn)的增強纖維材料構成， 包含隨機排列的有限纖維作為第一增強纖維組分，并且包含有限纖維束作為第二增強纖維 組分，其中纖維基載體結構還具有孔系統(tǒng)。 現(xiàn)有技術
[0002] WO 2012/072405A1描述了一種具有單向紗條的纖維預制品，該預制品由兩個彼此 不同的區(qū)域組成。該已知的纖維預制品因此具有各向異性結構。第一區(qū)域中設置具有樹脂 組合物的增強纖維束，而第二區(qū)域包含單向取向的增強紗股以及類似的樹脂組合物。該文 獻的目的是提供一種使得能夠適應部件中的局部應力的纖維預制品。
[0003] WO 2010/139077A1描述了一種生產(chǎn)復合材料的方法，該材料具有在開始時提及的 屬型特征。其包含：芯層，所述芯層含有至少20體積％的孔隙且由用隨機取向纖維增強的 熱塑性塑料制成；以及由連續(xù)的、平行的單向增強纖維制成的增強條，其被壓入到芯層一側 或雙側的表面中。通過熱塑性粘結劑將外層的增強纖維熱融合到芯層上。不清楚如何有目 的地調節(jié)芯層中的孔隙率，或者究竟是否可以從外部進入所述孔隙。在芯層和外層之間存 在高的產(chǎn)品各向異性。被壓入到芯層表面中的增強纖維條以互相平行的方式取向。該文獻 涉及生產(chǎn)具有高強度和剛度的復合材料，其具有好的消音性。孔隙對液體或固體粒子的吸 收不具有重要性，也就是說未實現(xiàn)浸透性。
[0004] DE 102007012608A1涉及一種依照力通量生產(chǎn)纖維復合結構用預制品的方法，其 中將通過鋪展纖維束獲得的扁平纖維帶放置在預定的位置，然后通過粘結劑材料進行固 定。由于在該情況下期望依據(jù)負載布置纖維帶，由此獲得高的產(chǎn)品各向異性。沒有使用單 纖維和纖維束的限定混合物。
[0005] DE 102008026161A1描述了一種生產(chǎn)纖維復合部件的方法，其中使用連續(xù)增強纖 維，在成形噴嘴緊鄰區(qū)將所述連續(xù)增強纖維與基質材料合并從而形成浸漬纖維材料。該文 獻還涉及根據(jù)負載布置增強纖維，其導致使用纖維取向方面高各向異性的連續(xù)增強纖維。
[0006] 在常規(guī)紡織工業(yè)在無紡布或無紡布類填料領域中生產(chǎn)纖維層時，目標一直是可能 的話使用的有限纖維材料的100%的完全分離率。任何仍然存在的殘余纖維束，在化學纖 維的情況下也被稱作短束，被定義為缺陷且可能的話不應該出現(xiàn)。因此，依據(jù)當前的現(xiàn)有技 術，無紡布是指其特征在于它們由可僅通過統(tǒng)計學方法描述其位置的纖維構成。通過纖維 材料（例如化學纖維情況下的聚合物）、粘結方法、纖維的類型（短纖維或連續(xù)纖維）、纖維 細度以及纖維的取向來區(qū)分無紡布。因此纖維能夠在優(yōu)選的方向中鋪設或者完全隨機地取 向，和在隨機層無紡布或隨機無紡布的情況中一樣。具有限定比例的纖維束和單纖維作為 物質用載體結構的無紡布及其應用在纖維復合材料領域中迄今是未知的。在此載體結構的 范圍可以為從松散纖維填料到加固的2D和3D結構，例如無紡布為2D的。
[0007] 取決于纖維材料、纖維形狀（厚度、長度）、纖維材料混合物以及生產(chǎn)或加固，能夠 被機械、熱或化學粘結的無紡布具有顯而易見的粘結液體或粉末形式的固體粒子的性能。 在液體的情況下，比吸收容量是指，在無紡布向其內層吸收或多或少的大量液體時顯露比 吸收容量，所述液體在大多數(shù)情況下是用于在一次性含義內的清潔和吸收領域中的應用的 水性低粘度體系。在沒有附加手段的情況下，粘性液體或熔體僅能夠在無紡布的表面被吸 收。隨著液體粘度的增加，變得越來越難以將其輸送到無紡布層的芯中。在此通過長的浸 漬時間以及如通過真空或通過壓力注入對無紡布進行附加的復雜抽吸來提供輔助，但效果 有限。
[0008] 將粉末或微細粒子形式的固體粒子引入到常規(guī)的單纖維無紡布中是同樣成問題 的。在多數(shù)情況下，它們保留在無紡布的表面且僅穿透到接近表面的層中。當使用單纖維 時，孔隙的窄孔系統(tǒng)防止更深地穿透到無紡布的芯中。常規(guī)無紡布保持粒子的高容量被用 于在粉塵或浮質過濾中獲利，但在應用的其它領域中，例如在纖維增強的塑料材料的生產(chǎn) 中是極其受限的，在所述塑料材料的生產(chǎn)中，隨后必須將粘性液體或粉末形式的固化基質 材料盡可能均勻地引入到增強纖維無紡布、松散填料或墊中。
[0009] 在纖維增強的塑料材料的領域中，粉末粘結劑物質以及高粘性液態(tài)粘結劑必須均 勻地穿透盡可能厚的增強纖維層，以便獲得在隨后的纖維復合材料的產(chǎn)品橫截面上均勻的 纖維含量。在該情況下，通過偶爾使用100%短纖維束的墊來提供輔助。盡管這些已知的短 粗紗墊，例如基于玻璃纖維的短粗紗墊，具有高粘性液體和粘結粉末的良好穿透性，但是在 庫存形成的含義內，它們不能以粘結方式大量地吸收和保持這種粘結劑物質。
[0010] 發(fā)明目的
[0011] 本發(fā)明的目的是限定一種具有在開始時提及的特征的纖維基載體結構，其例如由 隨機排列/取向的有限纖維材料的松散纖維填料生產(chǎn)，當所述結構以墊狀方式或三維方式 成形為增強纖維預制品時，具有與粘性液體和粉末的高且可控的浸漬性，同時能夠在內部 以均勻分布的方式保持大量的這些物質。
[0012] 通過具有獨立權利要求所限定特征的在開始時提及的屬型纖維基載體結構實現(xiàn) 了該目的。
[0013] 本發(fā)明提供一種用于生產(chǎn)纖維增強的復合材料的纖維基載體結構，通過使用有限 的隨機排列的纖維束和有限的隨機排列的單纖維的限定混合物，所述結構特別適于吸收液 體、熔體和/或固體粒子，其中可通過纖維束對單纖維的混合比來調節(jié)液體以及粘性和/或 固體粉狀物質的浸漬性和吸收容量。纖維載體結構在長度、寬度和厚度方面具有均勻的結 構，且突出之處在于能夠可從外面開放進入的開胞孔系統(tǒng)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的纖維載體結構不由至少兩種不同組成和取向的產(chǎn)品區(qū)組成，如在 W02012/072405A1中所述的，或者不由具有完全不同結構的連續(xù)纖維的芯層和覆蓋層組成， 如在W02010/139077中所述的。
[0015] 本發(fā)明中的有限纖維束優(yōu)選產(chǎn)自初始連續(xù)但被削減至有限長度的增強纖維束片 或復絲紗片，其中單纖維在其至少50%的長度上通過非天然的粘結方法以機械可拆開的方 式平行地彼此粘附。然而，如果以本發(fā)明含義內的纖維束形式獲得纖維束，則它們也可以是 來自再循環(huán)工序的纖維材料。
[0016] 使用該定義，將天然纖維如亞麻、大麻、未處理的棉和洋麻的已知纖維束排除。
[0017] 平行地且以機械可拆開方式彼此粘附的纖維束中的這些長纖維與文獻中所述的 纖維束本質上不同，例如在僅在<< 50 %纖維長度的短長度上由單個分離的纖維形成的無 紡布的嚙合或縫合的情況中的纖維束，例如當在嚙合鉤或縫合情況中的倒刺鉤中將隨機纖 維結合在一起時的纖維束。與本申請中描述的有限纖維束相比，文獻中描述的纖維束僅通 過外部壓力或粘結點局部固定在一起。它們僅在紡織加工期間形成，且在特定文獻中也被 稱為機械加固點，而所述發(fā)明中的纖維束已經(jīng)存在于原材料即纖維材料中，且不在加工操 作期間有意地形成。
[0018] 采用的混合物中使用的單纖維可由與使用的纖維束相同或不同的聚合物組成。該 特定的載體結構由兩種纖維體系即纖維束和單纖維形成，具有限定的均勻度或不同的厚度 和/或單位面積質量，將該特定的載體結構以機械、熱和/或化學方式穩(wěn)定化且以如下方式 進行固定：至少10%且不超過90%的所得加固纖維載體由具有最少10根彼此平行粘附的 單纖維的纖維束構成，且形成可在整個結構上開放進入的開胞孔系統(tǒng)。該孔系統(tǒng)包括多個 相互連接的孔隙，其通過輸送通道互相連接以便能夠將施加的粉末和/或液體從外部輸送 到孔隙中。