專利名稱：復(fù)合環(huán)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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復(fù)合材料或部件的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
專利申請(qǐng)EP-A-1 074 369 (或?qū)＠鸘S-B1-6 875 297)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(gè)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(guò)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(gè)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，以厚度小于所述給定厚度的一層暴露 于電離輻射，從而部分聚合樹脂并獲得預(yù)復(fù)合材料(precomposite)， 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)合材料中除去單個(gè)切片(individual sections),并將單個(gè)切片通過(guò)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，從而得到受力單個(gè)切片的堆積層；
- 最后在高壓和高溫下，對(duì)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汽車非充氣輪胎
的復(fù)合部件。
但是，該方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于必須在固化樹脂型基體后，首先將 固體預(yù)復(fù)合材料切成單個(gè)切片，然后將受力單個(gè)切片疊加成最終所需 的形狀；因此從工業(yè)觀點(diǎn)來(lái)看，不利于進(jìn)行很多連續(xù)加工操作，且與 對(duì)高生產(chǎn)率的追求相抵觸。
專利申請(qǐng)EP-A-1 174 250 (或?qū)＠鸘S-B2-6 926 853)提議
- 在浸漬排列的纖維前對(duì)其進(jìn)行脫氣；
- 脫氣后接著進(jìn)行真空下浸漬，使預(yù)浸漬體通過(guò)具有預(yù)定面積和形 狀截面的整形模，從而使該預(yù)浸漬體具有預(yù)定的形狀，例如具有 圓形截面的線形(例如參見其圖1至3)或者更具體地為帶束(tape) 形狀(參見其圖4至7);
- 然后，順流模具，在被稱為穩(wěn)定腔的腔中對(duì)樹脂進(jìn)行基本固化以 穩(wěn)定所述線或帶束，所述穩(wěn)定腔包括一系列在紫外光或可見光范 圍內(nèi)發(fā)射的輻照管(例如在圖1和4中分別參見131和231);禾口
- 最后將所述固體(穩(wěn)定的)線或帶束巻繞到大直徑接收巻軸上(例如 參見其圖1中的141)，用于中間存儲(chǔ)。
接著，有可能通過(guò)先開巻(unwinding)，然后圍繞具有合適形狀的 任何支承件重巻所述線或帶束的固體層的方法制造復(fù)合部件。
但是，雖然由此除去了上述進(jìn)行切片和組裝預(yù)受力切片的不利之 處，最后還是需要在極高的壓力下于模具中的固化操作，沒有該操作， 不可能將所述單個(gè)切片結(jié)合到一起，從而獲得具有高疲勞強(qiáng)度，特別 是由極高"ILSS"(層間剪切強(qiáng)度)值所示的高剪切強(qiáng)度的復(fù)合部件。
但是，用公知的方式，在高壓下于模具中的固化操作具有其自身 的缺點(diǎn)，其中包括高模塑成本、需要控制密封和均勻壓力分布(這是最 終工業(yè)成本高的原因)。例如，為了在約50巴的極高壓力下具有均勻的 固化壓力，必須使用撓性固化膜，但其壽命已證明是有限的。
發(fā)明內(nèi)容
隨著研究，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)了一種新方法，該方法有可能制造以連 續(xù)環(huán)形式、具有極高品質(zhì)的復(fù)合部件，同時(shí)克服了上述主要缺點(diǎn)，即 一方面除去了進(jìn)行切片及其后的經(jīng)疊加重新組裝的操作，另一方面， 避免了在高壓下于模具中的固化。
因此，本發(fā)明的一個(gè)主題是通過(guò)連續(xù)巻繞并疊加數(shù)層包埋在基于 包含交聯(lián)樹脂組合物的基體中的加強(qiáng)纖維的帶束，來(lái)制造基于纖維和 交聯(lián)樹脂、以連續(xù)環(huán)形式、具有封閉幾何的復(fù)合塊的方法，所述方法 從上游到下游包括如下步驟
■ 取得直線排列的加強(qiáng)纖維，并向進(jìn)料方向傳送該排列；
■ 通過(guò)真空作用對(duì)排列的纖維進(jìn)行脫氣；
■ 脫氣后，在真空下采用液態(tài)的所述樹脂組合物浸漬該排列的纖維;
■ 使如此獲得的預(yù)浸漬體通過(guò)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)纖維組成的帶束形式，所述帶束的厚度 小于0.5毫米；
■ 通過(guò)疊加預(yù)定數(shù)目(標(biāo)記為"NC")層的該帶束，使該帶束堆積在限 定了復(fù)合塊最終形狀的支承件上，并單向地將該帶束巻繞在支承 件上，從而在該支承件上直接形成所述連續(xù)環(huán)，且NC小于15; 以及
■ 一旦連續(xù)環(huán)由此形成，則對(duì)其液體樹脂進(jìn)行至少部分聚合處理以 穩(wěn)定該環(huán)，然后將其從支承件上除去。
本發(fā)明方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠純粹且簡(jiǎn)單地省去如上文申請(qǐng)
EP-A-1 174 250中所述的穩(wěn)定腔及其系列紫外輻照管，從而顯著簡(jiǎn)化了 制造過(guò)程和設(shè)備，同時(shí)顯著降低了預(yù)期復(fù)合塊的最終工業(yè)成本。
本發(fā)明還涉及能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方法的設(shè)備，該設(shè)備從上游到
下游包括至少如下各項(xiàng)C參照?qǐng)D1和2):
■ 用于直線排列加強(qiáng)纖維(11)的裝置(10)和向進(jìn)料方向(F)傳送該排 歹U(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(gè)整形模(20)的定型裝置(19， 20)，用于形成包含纖維 (11)和液態(tài)樹脂(17)的帶束(21);
■ 用于接收該帶束(21)的封閉形狀的支承件或心軸(23)，從而在所述 支承件上通過(guò)帶束層的疊加而形成復(fù)合環(huán)C30);和
■ 設(shè)置在支承件或心軸對(duì)面的聚合裝置(25)，其能夠當(dāng)一旦形成環(huán) (30)后，在所述支承件或心軸(23)上至少部分聚合該復(fù)合環(huán)的樹脂。 本發(fā)明本身還涉及整體結(jié)構(gòu)的連續(xù)復(fù)合環(huán)，其包含包埋在基于交
聯(lián)樹脂的基體中的單向加強(qiáng)纖維，通過(guò)本發(fā)明的方法可獲得。
根據(jù)下述具體描述和示例性實(shí)施方案，以及與這些實(shí)施例相關(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)。 圖1為圖示的用于完成本發(fā)明方法的設(shè)備； 圖2為由本發(fā)明的方法獲得的復(fù)合塊(連續(xù)單個(gè)環(huán))； 圖3為數(shù)個(gè)復(fù)合塊組件的例子；
圖4為該組件構(gòu)成的非充氣橡膠輪胎的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
在本描述中，除非另有特別說(shuō)明，所有示出的百分率(％)均以重量%計(jì)。
本發(fā)明方法的最初三個(gè)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，其被描述在前述兩個(gè)申請(qǐng)EP-A-1 074 369和EP-A-l 174 250
中的一個(gè)和/或另一個(gè)中。
可以使用任何類型的加強(qiáng)纖維，只要后者與其交聯(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、二氧化硅纖維、硅酸鹽纖維或這些纖維的 混合物。優(yōu)選使用高強(qiáng)度纖維，特別是選自玻璃纖維、碳纖維或這些 纖維混合物的纖維。
在對(duì)纖維的任何浸漬前，必須通過(guò)真空作用進(jìn)行對(duì)排列纖維脫氣 的必要步驟，特別用以提高浸漬效率，并特別用以保證最終復(fù)合環(huán)內(nèi) 無(wú)氣泡。在前述申請(qǐng)EP-A-1 174 250中具體描述了這樣的脫氣步驟。
所用樹脂組合物可以是通過(guò)電離輻射能被交聯(lián)的樹脂(即能被固 化)，所述電離輻射可以是紫外光/可見光照射(優(yōu)選是在至少300納米 至450納米光譜范圍內(nèi)發(fā)射的)、加速電子束或X射線束。還有可能選 擇包含能被過(guò)氧化物固化的樹脂組合物，通過(guò)提供熱量，例如通過(guò)微
波作用，到一定的時(shí)間時(shí)有可能進(jìn)行隨后的交聯(lián)。優(yōu)選地，采用通過(guò) 電離輻射能夠得以固化的組合物類型，經(jīng)電離處理，例如紫外光或紫 外光/可見光類的處理，有可能激活并輕易地控制最終的聚合。
對(duì)于交聯(lián)樹脂，優(yōu)選采用聚酯或乙烯基酯樹脂。術(shù)語(yǔ)"聚酯"樹 脂以公知的方式加以理解，其是指不飽和聚酯型樹脂。乙烯基酯樹脂 本身在復(fù)合材料領(lǐng)域是眾所周知的。
非限制的定義，乙烯基酯樹脂優(yōu)選環(huán)氧乙烯基酯型。更優(yōu)選地， 采用至少部分基于(即接枝到這種類型的結(jié)構(gòu)上)線型酚醛清漆(又稱作 酚醛塑料)和/或雙酚的乙烯基酯樹脂，特別是環(huán)氧型乙烯基酯樹脂；或 者優(yōu)選基于線型酚醛清漆、雙酚或線型酚醛清漆和雙酚的乙烯基酯樹 脂。
線型酚醛清漆型(在如下化學(xué)式I的括號(hào)中的部分)環(huán)氧乙烯基酯樹 脂，以公知的方式，對(duì)應(yīng)于例如如下化學(xué)式(I):
<formula>formula see original document page 9</formula>
雙酚A型(在如下化學(xué)式(II)的括號(hào)中的部分)環(huán)氧乙烯基酯樹脂對(duì) 應(yīng)于例如化學(xué)式("A"是指該產(chǎn)物采用丙酮制得)
(II)<formula>formula see original document page 9</formula>
線型酚醛清漆和雙酚型環(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，可以特別涉及在前述申請(qǐng)EP-A-l 074 369和
EP-A-1 174 250中所述的，獲自DSM的乙烯基酯樹脂"ATLAC 590" (采用約40%苯乙烯稀釋)。這樣的環(huán)氧乙烯基酯樹脂可購(gòu)自如 Reichhold、 Cray Valley或UCB的其他廠商。
所述又稱作"整形模"的模具，由于具有給定尺寸的截面(通常優(yōu) 選為矩形)，因而有可能調(diào)整樹脂相對(duì)于加強(qiáng)纖維的量，同時(shí)使得預(yù)浸 漬體具有帶束所需的形狀和厚度。
經(jīng)過(guò)整形模后由此形成的纖維帶接著連續(xù)到達(dá)具有合適形狀的支 承件或心軸上，然后通過(guò)預(yù)定層數(shù)Nc的疊加，纖維帶被直接單向地巻 繞在支承件或心軸上。由此形成了連續(xù)并封閉的環(huán)，其截面基本上為 矩形。記住，在對(duì)樹脂進(jìn)行任何穩(wěn)定抑或部分聚合前，進(jìn)行該操作。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)加強(qiáng)纖維在帶束上所受的拉伸應(yīng) 力(即浸漬纖維所受的)為0.2至5 cN/tex(百分之一牛頓每特)；因此其為 在整形模與限定了復(fù)合塊最終形狀的支承件或心軸入口間測(cè)得的應(yīng) 力。己經(jīng)觀察到，超出該優(yōu)選的應(yīng)力范圍，存在使帶束形變的危險(xiǎn)， 或者至少損失了其形狀的規(guī)則性，這可能破壞最終復(fù)合塊的品質(zhì)和疲 勞強(qiáng)度。為此，該拉伸應(yīng)力更優(yōu)選0.5至2.5cN/tex。
優(yōu)選通過(guò)心軸自身在固定平面(該平面正切于帶束到達(dá)旋轉(zhuǎn)心軸的 平面)上的旋轉(zhuǎn)來(lái)完成將帶束巻繞到所述心軸上的操作。 一旦帶束被巻 繞到了Nc層，即停止該巻繞操作。
根據(jù)一個(gè)可能實(shí)施方案的變體，N層的每一層，例如通過(guò)利用與 帶束具有相同寬度的輥的輾滾，可以在支承件或心軸的入口受到機(jī)械 擠壓，從而輕輕地壓縮組件，保證連續(xù)層間有極好的粘合，以及以均 勻方式橫向地分布纖維。
由于在整個(gè)巻繞操作中少了樹脂固化(即使是部分的)，因此本發(fā)明 方法的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于帶束保留有令人滿意的粘合性，以使在第N 層上能夠粘合下一層(N+1)，沒有該粘合性則必須施加任何其他的機(jī)械 和/或熱作用。
在該階段得到了以連續(xù)平面環(huán)形式的復(fù)合塊，其為整體的，即在 截面上沒有單個(gè)的層(layer)或片層(stratum)是可見的，該復(fù)合塊的加強(qiáng) 纖維基本上是單向的，均勻分布在整個(gè)體積中，且存在于仍為液態(tài)的 基體(即樹脂組合物)中。
由此形成的環(huán)的特別幾何形狀，優(yōu)選凸形(例如，圓形、卵形或橢 圓形)，顯然受到其上已巻繞了 "液體"帶束的支承件或心軸幾何形狀 的限制。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的變體，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平底接收槽，且該接收槽具有合適的深 度從而幾何形狀地接收并穩(wěn)定帶束的NC層疊加層。
一旦由此形成了 "液體"復(fù)合環(huán)，則對(duì)液體樹脂進(jìn)行至少部分聚 合處理，例如采用紫外光照射或熱處理，以穩(wěn)定和固化，至少部分穩(wěn) 定和固化該環(huán)，然后將其與支承件分離。為了便于該分離，所述支承 件有利地由兩個(gè)對(duì)稱或非對(duì)稱可拆卸部件構(gòu)成，這些部件易于經(jīng)機(jī)械 分開。
接著易于對(duì)由此穩(wěn)定的復(fù)合塊(其中樹脂組合物至少部分為固相) 進(jìn)行加工、原樣存儲(chǔ)，或者立即進(jìn)行處理以便完成樹脂聚合(最終的固 化或交聯(lián))。
在普通大氣壓下進(jìn)行最終的固化操作，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知
的任何方法進(jìn)行"出模(out of mould)"(或根據(jù)可識(shí)別的術(shù)語(yǔ)為在"敞 口模具(openmould)"中)。例如使用在合適的溫度下，在大氣壓或低壓 下的普通熱烘箱，或者使用紫外箱。 一個(gè)可能的實(shí)施方案變體包括在 復(fù)合塊的接收支承件或心軸上完全固化該復(fù)合塊，并在完全固化后僅 提取后者。
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1至2 mm。 其寬度優(yōu)選小于25毫米，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(jí)。
本發(fā)明方法的兩個(gè)基本特征為， 一方面，離開整形模的帶束的最 大厚度必須小于0.5毫米，另一方面，用以巻繞以形成復(fù)合環(huán)的最大層 數(shù)必須小于15。已顯現(xiàn)出來(lái)的是，如果這兩個(gè)特征沒有加以驗(yàn)證，則 帶束的形狀和規(guī)則性(類似于最終復(fù)合材料的形狀和規(guī)則性)不再受控 制，這將導(dǎo)致最終復(fù)合環(huán)的彎曲/壓縮強(qiáng)度遭受破壞性的降級(jí)。此外， 厚度小于0.05毫米(即50微米)可能不容易與工業(yè)限制相適應(yīng)。
由于所有上述指出的原因，離開模具的帶束的厚度優(yōu)選為0.05至
0.35毫米，更優(yōu)選0.10至0.30毫米；層數(shù)Nc本身優(yōu)選小于10，更優(yōu) 選為5至10。
本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為，由于施加過(guò)壓(真空區(qū)的末端)，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(guò)層的疊加進(jìn)行單向巻繞(無(wú)重疊巻繞，纖 維無(wú)交叉)，而且在纖維上缺乏顯著張力，使得這些氣泡接下來(lái)易被俘 獲在帶束的層間。如此的寄生效應(yīng)將自然地消弱最終組合物的品質(zhì)和 外觀，及其韌性。
料想不到的是，在考慮了本發(fā)明方法的所有組合的技術(shù)特征，特 別是上文提到的與基本帶束的厚度和疊加層的數(shù)目相關(guān)的兩個(gè)基本條 件時(shí)，情況并非如此。
當(dāng)然，本發(fā)明覆蓋了將不同于上述步驟(排列纖維、脫氣、浸漬、 定型、在支承件上的單向巻繞、至少部分穩(wěn)定)的一個(gè)或多個(gè)歩驟加入 到本發(fā)明方法中的情況。
可以采用設(shè)備(l)，其本身是本發(fā)明的主題，實(shí)施本發(fā)明的方法， 該設(shè)備從上游到下游包括至少如下各項(xiàng)(參照?qǐng)D1和2):
■ 用于直線排列加強(qiáng)纖維(ii)的裝置(io)和向進(jìn)料方向(巧傳送該排
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(gè)整形模(20)的定型裝置(19， 20)，用于形成包含纖維 (11)和液態(tài)樹脂(17)的帶束(21);
■ 用于接收該帶束(21)的封閉形狀的，優(yōu)選凸形的支承件或心軸(23)， 從而在所述支承件上通過(guò)帶束層的疊加而形成復(fù)合環(huán)(30);和
■ 設(shè)置在支承件或心軸對(duì)面的聚合裝置(25)，其能夠當(dāng)一旦形成環(huán) (30)后，在所述支承件或心軸(23)上至少部分聚合該復(fù)合環(huán)的樹脂。 附圖1非常簡(jiǎn)單地舉例說(shuō)明了這樣的設(shè)備l(部分透視地，從而說(shuō)
明在通過(guò)定型裝置19， 20后出現(xiàn)了帶束21)。
在用以舉例說(shuō)明的實(shí)施例中，可以看到巻軸IO包括玻璃纖維11。 巻軸受夾帶而被連續(xù)開巻，從而得到這些纖維11的直線排列12。通常
地，加強(qiáng)纖維被作為"粗紗"傳送，就是說(shuō)已經(jīng)在巻軸上平行巻繞成
纖維組(例如，使用由Owens Coming以纖維名"Advantex"銷售的纖 維，其線性密度為1200特(作為提醒，l特=1克/1000米的纖維))。例 如正是由旋轉(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被送入。
所述排列12接著穿過(guò)真空室13(與真空泵相連接，未示出)，真空 室位于入口管道13a與通向浸漬室14的出口管道13b之間，這兩個(gè)管 道優(yōu)選剛性壁管道，其具有例如大于(通常高出兩倍)纖維總截面的最小 截面，且長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于(通常高出50倍)所述最小截面。
如前述申請(qǐng)EP-A-1 174 250中所教導(dǎo)的，對(duì)于進(jìn)入真空室的入口 管口和離開真空室的出口管口以及從真空室向浸漬室的傳送均使用剛 性壁管道，已證明是與纖維穿過(guò)管口時(shí)的高速率相適應(yīng)的，沒有出現(xiàn) 纖維破損，還可確保充分密封。如果在實(shí)驗(yàn)上必要的化，考慮待處理 纖維的總截面而尋找最大通道截面就足夠了，這還使得考慮到纖維進(jìn) 給速率和管道的長(zhǎng)度而提供充分的密封成為可能。通常地，在室13內(nèi) 的真空可以為約O.l巴。
離開真空室13后，纖維11的排列12進(jìn)入浸漬室14，該浸漬室包 括供應(yīng)槽15(與計(jì)量泵相連接，未示出)和不滲透性浸漬槽16，浸漬槽 中完全填充有基于乙烯基酯型可固化樹脂的浸漬組合物17(例如獲自 DSM的ATLAC 590)。舉例而言，所述組合物另外包括(以1至2重量 %的量)適合紫外光和/或紫外光/可見光照射的光敏引發(fā)劑，組合物隨后 將用其進(jìn)行處理，例如雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?苯基膦氧化物(獲自 Ciba的IRGACURE 819)。當(dāng)然，浸漬組合物17為液態(tài)。由此，包含 例如50至75%(重量％)固體纖維11的預(yù)浸漬體(即由液體浸漬基體17 組成的剩余物)，從浸漬室14出現(xiàn)并進(jìn)入不滲透性出口管道18(仍處于 真空下)。
接著預(yù)浸漬體通過(guò)定型裝置19，該裝置包括至少一個(gè)整形模20， 其管道(在此未示出)，例如矩形或錐形的管道，適合于特殊的制造條件。 舉例而言，所述管道具有矩形的最小截面，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)略大于所計(jì)劃帶束的尺寸。 所述模具的長(zhǎng)度通常比最小截面的最小尺寸超出至少100倍。其作用
是確保成品具有較好的尺寸精度；其還具有測(cè)定纖維相對(duì)于樹脂含量 的作用。根據(jù)一個(gè)可能的實(shí)施方案變體，模具20可以被直接并入浸漬
室14中，這樣即避免了例如使用出口管道18。
利用定型裝置(19, 20)，在這個(gè)階段獲得"液體"復(fù)合帶束21(液體 是指其浸漬樹脂仍為液體)，復(fù)合帶束的截面形狀主要為矩形(例如分別 為5毫米X0.2毫米或者10毫米X0.2毫米)。
在定型裝置(19， 20)與最終接收支承件(23)之間，優(yōu)選將纖維所受張 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(jì)，直接在模具的出口處測(cè) 定這些張力。
沿箭頭F方向夾帶的帶束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(gè)有利 的實(shí)施方案，可以利用裝置22(例如利用輥的機(jī)械輾滾)，在帶束21的 上表面施加輕微的壓力P來(lái)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24，從而方便帶束繞自身巻繞成 多個(gè)疊加層Nc。
一旦帶束巻繞成了Nc層，即停止巻繞。利用設(shè)置在心軸23對(duì)面 的聚合裝置25(例如，用紫外光照射幾秒鐘)，直接在該心軸上，在機(jī) 械提取后者之前(分成兩部分)，部分聚合由此獲得的"液體"復(fù)合塊。
由此穩(wěn)定的帶束易于加工；例如如果需要最終復(fù)合材料具有高 Tg(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)值，則先將其在紫外光干燥爐(獲自Dr. H6nle的 UVAprint燈，其波長(zhǎng)為200至600納米)中處理5分鐘，然后在普通爐 中，例如在大氣壓下和高溫下(比如在23(TC下處理5至6分鐘)進(jìn)行最 終固化。根據(jù)另一實(shí)施方案的變體，可以在紫外光照射下，完全在或 不在接收心軸上進(jìn)行整個(gè)固化操作。
最后，得到連續(xù)封閉環(huán)形式的復(fù)合塊，其加強(qiáng)纖維在整個(gè)體積內(nèi) 均勻分布。
與根據(jù)前述專利申請(qǐng)EP-A-1 074 369或EP-A-1 174 250的教導(dǎo)所 制成的現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合塊或環(huán)相比，該復(fù)合環(huán)是新穎的，即其具有 真正的整體結(jié)構(gòu)；這被理解為是指均勻結(jié)構(gòu)，即其中沒有片層(或帶束 的基本層)在截面上是可見的，特別是當(dāng)在光學(xué)顯微鏡下觀察該截面時(shí)，
且在使用中沒有出現(xiàn)片層。該復(fù)合環(huán)具有極好的機(jī)械性能，特別是極 高的彎曲和剪切耐久性，其至少與在需要極高壓力進(jìn)行最終固化的現(xiàn) 有技術(shù)的復(fù)合環(huán)上觀察到的一樣好，如果不比其更好的話。
附圖2中示意地再現(xiàn)了復(fù)合塊30的例子；其是通過(guò)在橢圓形的凸 形心軸上巻繞而成。其由連續(xù)平面封閉環(huán)30組成，該環(huán)的矩形截面具
有10毫米X1.4毫米的尺寸。由圖2可見，該環(huán)的形狀或幾何主要為 橢圓形，具有約15厘米的縱向內(nèi)部尺寸(在圖2中標(biāo)記為A)和約6厘 米的橫向內(nèi)部尺寸(在圖2中標(biāo)記為B)。利用如圖1中以示意圖顯示的 設(shè)備，根據(jù)前述本發(fā)明的方法，通過(guò)巻繞7層(Nc = 7)連續(xù)帶束層來(lái)制 造這樣的復(fù)合環(huán)或塊。
本發(fā)明由此為制造具有極小截面的復(fù)合塊提供了可能性，這可以 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)可以特別地用于加強(qiáng)任何的汽 車接地系統(tǒng)，例如非充氣輪胎、充氣輪胎、輪胎的內(nèi)部安全支承、車 輪、另外的懸架和抗振動(dòng)元件。
舉例而言，通過(guò)調(diào)整這些基本環(huán)的數(shù)目"Na" (Na優(yōu)選小于10， 例如3至7)和尺寸，可以使后面的環(huán)有利地相互覆蓋，接著被機(jī)械地 或"化學(xué)地"夾緊，例如通過(guò)使用意欲填充在存在于基本環(huán)間所有空 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， 且能夠與后面的環(huán)較好地粘合，如果必要的話，可以采用例如在申請(qǐng) WO 2004/058909 (或US 2006/0047050)中所述的合適粘合組合物。所述 聚合物可以是二烯彈性體或聚氨酯。
在圖3中示意性地顯示了由5個(gè)(Na = 5)基本環(huán)30組成的復(fù)合加 強(qiáng)件40的例子，這些環(huán)通過(guò)使用填充在存在于5個(gè)基本環(huán)30間的間 隙中的填充聚合物41(例如為聚氨酯或二烯橡膠)而"化學(xué)地"結(jié)合在 一起。加強(qiáng)件40可以包括機(jī)械連接裝置42(例如卡釘)，用于提供與車 輪剛性部分的后續(xù)連接，如下文所述。
該復(fù)合加強(qiáng)件可以形成非充氣輪胎胎殼的徑向加強(qiáng)拱，例如在專 利或?qū)＠暾?qǐng)WO 00/37269 (或US-Bl-6 640 859)和EP 1 359 028 (或 US-B2-6 994 135)中所述。
附圖4顯示了撓性非充氣輪胎50的部分透視圖。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(shí)，可以代替對(duì)于大多數(shù)當(dāng)前公路車輛已知的由輪胎與車輪構(gòu)成的 組件。
該輪胎的輪廓限定出卵形截面的復(fù)曲面中空腔體。輪胎50包括一
個(gè)連接區(qū)51(包括圖3中所示的連接裝置42)、兩個(gè)側(cè)壁52和一個(gè)胎面 53。通過(guò)機(jī)械元件如輪盤(在此未示出)，將連接區(qū)與車輪輪轂剛性連J妾。 在圖4中，胎面53包括數(shù)個(gè)環(huán)形肋(circumferential ribs)，但是該外觀 顯然不具有限制性。側(cè)壁52是圓形的，并占據(jù)了輪胎50的大部分今5 向高度。該支承結(jié)構(gòu)包括多個(gè)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(gè)都是基本上從連接區(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，是支承元件的可撓性使得承載負(fù)荷成為可能。在這個(gè)特殊的實(shí)施 例中，輪胎包括約100個(gè)支承元件40。這個(gè)數(shù)目當(dāng)然可以是大不相同 的，其取決于例如車輛的類型和意欲將其應(yīng)用的類型以及支承元件的 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)，其縱向牽引/壓縮是相對(duì)剛性的，周向連 接所有的支承元件40。
對(duì)于這些支承件的組合物和互連結(jié)構(gòu)的其他細(xì)節(jié)，讀者可以有益 地參考前述專利申請(qǐng)WO 00/37269和EP 1 359 028。
這樣的非充氣輪胎能夠配備于任何類型的汽車，例如如下類型 客車、兩輪車(特別是摩托車和踏板車)、飛機(jī)、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(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。
最后，由于本發(fā)明的方法，此后有可能通過(guò)液態(tài)樹脂層的簡(jiǎn)單單 向巻繞，獲得具有極高品質(zhì)的復(fù)合環(huán)，其成本較低，同時(shí)特別地，避 免了現(xiàn)有方法中已知的不利之處，例如進(jìn)行切片和組裝預(yù)受力切片、 在高壓下于模具中固化、使用具有數(shù)個(gè)串聯(lián)輻射管的長(zhǎng)穩(wěn)定腔。
權(quán)利要求
1.通過(guò)連續(xù)卷繞并疊加數(shù)層包埋在基于包含交聯(lián)樹脂組合物的基體中的加強(qiáng)纖維的帶束，制造基于纖維和交聯(lián)樹脂、以連續(xù)環(huán)形式、具有封閉幾何的復(fù)合塊的方法，所述方法從上游到下游包括如下步驟■取得直線排列的加強(qiáng)纖維，并向進(jìn)料方向傳送該排列；■通過(guò)真空作用對(duì)排列的纖維進(jìn)行脫氣；■脫氣后，在真空下采用液態(tài)的所述樹脂組合物浸漬該排列的纖維；■使如此獲得的預(yù)浸漬體通過(guò)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)纖維組成的帶束形式，所述帶束的厚度小于0.5毫米；■通過(guò)疊加預(yù)定數(shù)目層，標(biāo)記為“Nc”，的該帶束，使該帶束堆積在限定了復(fù)合塊最終形狀的支承件上，并單向地將該帶束卷繞在支承件上，從而在該支承件上直接形成所述連續(xù)環(huán)，且Nc小于15；和■一旦連續(xù)環(huán)由此形成，則對(duì)其液體樹脂進(jìn)行至少部分聚合處理以穩(wěn)定該環(huán)，然后將其從支承件上除去。
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(guò)電離輻射或過(guò)氧化物能被交聯(lián)的樹脂。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，所述樹脂為聚酯或 乙烯基酯樹脂。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述樹脂為乙烯基酯樹脂。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，所述乙烯基酯樹脂為環(huán)氧乙烯基 酯樹脂。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，所述帶束的厚度為 0.05至0.35毫米。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述帶束的厚度為0.10至0.30
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，所述層的數(shù)目Nc 小于10。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述Nc為5至10。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，所述環(huán)的厚度為 0.5至5.0毫米。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述環(huán)的厚度為1至2毫米。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，所述環(huán)的寬度小 于25毫米。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述環(huán)的寬度為5至20毫米。
15、 能夠?qū)崿F(xiàn)如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述方法的設(shè)備，該設(shè) 備從上游到下游包括至少如下各項(xiàng)■ 用于直線排列加強(qiáng)纖維(11)的裝置(10)和向進(jìn)料方向(F)傳送該排 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(gè)整形模(20)的定型裝置(19, 20)，用于形成包含纖維 (11)和液態(tài)樹脂(17)的帶束pi);■ 用于接收該帶束(21)的封閉形狀的支承件或心軸(23)，從而在所述 支承件上通過(guò)帶束層的疊加而形成復(fù)合環(huán)(30);和 ■ 設(shè)置在支承件或心軸對(duì)面的聚合裝置(25)，其能夠當(dāng)一旦形成環(huán)(30)后，在所述支承件或心軸(23)上至少部分聚合該復(fù)合環(huán)的樹脂。
16、 利用如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法獲得的整體結(jié)構(gòu) 的連續(xù)復(fù)合環(huán)，所述復(fù)合環(huán)包含包埋在基于交聯(lián)樹脂的基體中的單向 加強(qiáng)纖維。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的環(huán)，所述環(huán)的厚度為0.5至5毫米。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的環(huán)，所述環(huán)的厚度為1至2毫米。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的環(huán)，所述環(huán)的寬度小 于25毫米。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的環(huán)，所述環(huán)的寬度為5至20毫米。
21、 根據(jù)權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的環(huán)，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。
22、 根據(jù)權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)所述的環(huán)，其中，組合物的 樹脂是通過(guò)電離輻射或過(guò)氧化物能被交聯(lián)的樹脂。
23、 根據(jù)權(quán)利要求16至22中任一項(xiàng)所述的環(huán)，其中所述樹脂為 聚酯或乙烯基酯樹脂。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的環(huán)，所述樹脂為乙烯基酯樹脂。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的環(huán)，所述乙烯基酯樹脂為環(huán)氧乙烯基 酯樹脂。
全文摘要
通過(guò)連續(xù)卷繞并疊加數(shù)層包埋在基于包含交聯(lián)樹脂組合物的基體中的加強(qiáng)纖維的帶束，來(lái)制造基于纖維和交聯(lián)樹脂、以連續(xù)環(huán)形式、具有封閉幾何的復(fù)合塊的方法，所述方法從上游到下游包括如下步驟取得直線排列(12)的加強(qiáng)纖維(11)，并向進(jìn)料方向(F)傳送該排列；通過(guò)真空(13)作用對(duì)排列(12)的纖維進(jìn)行脫氣；脫氣后，在真空下采用液態(tài)的所述樹脂組合物(17)浸漬該排列(12)的纖維；使如此獲得的預(yù)浸漬體通過(guò)模具(20)，從而使得該預(yù)浸漬體形成由處于液體樹脂(17)基體中的加強(qiáng)纖維(11)組成的帶束(21)形式，所述帶束的厚度小于0.5毫米；通過(guò)疊加預(yù)定數(shù)目層Nc的該帶束(21)，使該帶束(21)堆積在限定了復(fù)合塊最終形狀的支承件(23)上，并單向地將該帶束(21)卷繞在支承件(23)上，從而在該支承件上直接形成所述連續(xù)環(huán)，且Nc小于15；和一旦連續(xù)環(huán)由此形成，則對(duì)其液體樹脂進(jìn)行至少部分聚合(25)處理以穩(wěn)定該環(huán)，然后將其從支承件(23)上除去。
文檔編號(hào)B29K67/00GK101370644SQ200780002813
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月27日
發(fā)明者A·德爾菲諾, J-P·梅拉爾蒂 申請(qǐng)人:米其林研究和技術(shù)股份有限公司