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CN103547440A - 用于浸渍纤维粗纱的模具浸渍部分和方法 - Google Patents

用于浸渍纤维粗纱的模具浸渍部分和方法 Download PDF

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CN103547440A CN201180070962.9A CN201180070962A CN103547440A CN 103547440 A CN103547440 A CN 103547440A CN 201180070962 A CN201180070962 A CN 201180070962A CN 103547440 A CN103547440 A CN 103547440A
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Abstract

公开了用于由聚合物树脂(214)浸渍纤维粗纱(142)的浸渍部分(150)和方法。浸渍部分(150)包含浸渍区(250)和栅级通道(270)。构造浸渍区(250)用于由树脂(214)浸渍多根粗纱(142)。栅级通道(270)与浸渍区(250)流体相通，用于使树脂流动通过其中，使得树脂在多根粗纱(142)的每一根的面对栅极通道(270)的表面(216)上冲击，并且基本上均匀地涂布多根粗纱。该方法包括使聚合物树脂(214)冲击至多根纤维粗纱(142)的表面上，并且基本上均匀地由树脂涂布多根粗纱。该方法进一步包括使多根涂布粗纱横贯通过浸渍区(250)。在浸渍区(250)内，多根粗纱(142)的每一根在约5牛顿-约300牛顿的张力下。

Description

用于浸渍纤维粗纱的模具浸渍部分和方法
背景技术
已经将纤维粗纱用于各种各样的应用中。例如，已经利用这样的粗纱以形成纤维增强的复合材料棒。可以利用棒作为轻重量的结构增强。例如，通常将电力脐带用于海面和位于海床上的设备之间的流体和/或电信号的传输。为了帮助加强这样的脐带，已经做出尝试以使用拉挤碳纤维棒作为单独的负荷承载元件。
特别适合于使用纤维粗纱的另一个应用是在形成型材中。型材为具有各种各样的横截面形状的拉挤部件，和可以用作用于如下的结构构件：窗线(window lineal)、铺板、扶手、栏杆、屋顶瓦、板壁、修整板、管道、栅栏、杆、灯杆、高速公路标示、路边标志杆等。已经通过将连续纤维粗纱牵拉(“拉挤”)通过树脂并且然后使纤维增强树脂在拉挤模具中成形而形成中空型材。
此外，一般可以将纤维粗纱用于任何适合的应用以形成，例如，适合的纤维增强塑料。如本领域中普遍已知的，这些应用中利用的粗纱通常是与聚合物树脂组合的。
然而，当前已知的粗纱和利用这样的粗纱的所得应用存在许多显著的问题。例如，许多粗纱依赖热固性树脂(如乙烯基酯)以帮助得到希望的强度特性。在制造过程中热固性树脂难以使用并且热固性树脂不拥有良好的用于与其它材料形成层的结合特征。此外，在其它类型的应用中，已经做出尝试以由热塑性聚合物形成粗纱。例如，Bryant等人的美国专利公开号2005/0186410描述了为了将碳纤维嵌入至热塑性树脂中以形成输电电缆的复合材料芯而做出的尝试。不幸的是，Bryant等人指出由于纤维润湿不充足，这些芯展示出裂缝和干斑，其导致了不良的耐用性和强度。这种芯的另一个问题是不可以在高温下操作热塑性树脂。
因此，当前存在对用于浸渍纤维粗纱的改进模具浸渍部分和方法的需要。特别是，当前存在对生产提供具体应用要求的希望的强度、耐用性和温度性能的纤维粗纱的浸渍部分和方法的需要。
发明内容
依据本发明的一个实施方案，公开了用于由聚合物树脂浸渍多根纤维粗纱的模具浸渍部分。浸渍部分包含浸渍区和和栅级(gate)通道。构造浸渍区用于由树脂浸渍多根粗纱。栅级通道与浸渍区流体相通，用于使树脂流动通过其中，使得树脂在多根粗纱的每一根的面对栅级通道的表面上冲击，并且基本上均匀地涂布多根粗纱。
依据本发明的另一个实施方案，公开了用于由聚合物树脂浸渍多根纤维粗纱的方法。该方法包括使聚合物树脂冲击至多根纤维粗纱的表面上，并且基本上均匀地由树脂涂布多根粗纱。该方法进一步包括使多根涂布粗纱横贯通过浸渍区以由树脂浸渍多根涂布粗纱。在浸渍区内，多根粗纱的每一根在约5牛顿-约300牛顿的张力下。
以下更详细地说明本发明的特征和方面。
附图说明
本发明的完整和可行的公开内容，包括对本领域技术人员来说的最佳模式，更具体地展示在说明书的剩余部分中，包括参照附图，其中：
图1为用于在本发明中使用的浸渍系统的一个实施方案的示意图；
图2为用于在本发明中使用的模具的一个实施方案的透视图；
图3为用于在本发明中使用的模具的一个实施方案的相对的透视图；
图4为图2中显示的模具的剖面图；
图5为用于可以在本发明中采用的模具的歧管组件和栅级通道的一个实施方案的分解图；
图6为可以在本发明中采用的歧管组件的一个实施方案的平面图；
图7为可以在本发明中采用的歧管组件的另一个实施方案的平面图；
图8为可以在本发明中采用的歧管组件的另一个实施方案的平面图；
图9为可以在本发明中采用的歧管组件的另一个实施方案的平面图；
图10为可以在本发明中采用的歧管组件的另一个实施方案的平面图；
图11为可以在本发明中采用的歧管组件的另一个实施方案的平面图；
图12为至少部分限定可以在本发明中采用的浸渍区的板的一个实施方案的透视图；
图13为如在图4中所示的可以在本发明中采用的浸渍区的一部分的一个实施方案的放大的剖面图；
图14为可以在本发明中采用的浸渍区的一部分的另一个实施方案的放大的剖面图；
图15为可以在本发明中采用的浸渍区的一部分的另一个实施方案的放大的剖面图；
图16为可以在本发明中采用的浸渍区的一部分的另一个实施方案的放大的剖面图；
图17为可以在本发明中采用的浸渍区的一部分的另一个实施方案的放大的剖面图；
图18为可以在本发明中采用的到达区的一个实施方案的透视图；
图19为可以在本发明中采用的到达区的另一个实施方案的透视图；
图20为用于在本发明中使用的固结条带的一个实施方案的透视图；和
图21为如图20中显示的条带的剖面图。
本发明说明书和附图中重复使用的标记特征旨在表示本发明的相同或类似的特征和要素。
具体实施方式
本领域技术人员将理解本讨论仅是示例性实施方案的描述，并且不旨在作为对本发明更宽泛方面的限制。
一般而言，本发明涉及用于由聚合物树脂浸渍纤维粗纱的模具浸渍部分和方法。可以在复合材料棒、型材或任何其它适合的纤维增强塑料应用中利用浸渍纤维粗纱。根据本发明的浸渍部分一般包含浸渍区和栅级通道。使树脂流动通过栅极通道，其与浸渍区流体相通。粗纱横贯通过模具，使得在离开栅级通道时树脂在面对栅级通道的粗纱表面上冲击并且基本上均匀地涂布粗纱。在由树脂涂布之后，粗纱横贯通过浸渍区并且在其中由树脂浸渍。
根据本发明的其它方面，可以配合模具采用挤出装置以由聚合物浸渍粗纱。此外，如以下讨论的，挤出装置进一步促进了聚合物施用至纤维的整个表面的能力。
参照图1显示了这样的挤出装置的一个实施方案。更具体地，仪器包括包含安装在机筒122内部的螺杆轴124的挤出机120。在机筒122外部安装加热器130(如电阻加热器)。在使用过程中，通过加料斗126将聚合物原料127供应至挤出机120。通过螺杆轴124在机筒122内部输送原料127并且通过机筒122内部的摩擦力并通过加热器130加热原料127。在加热时，原料127通过机筒法兰128离开机筒122并且进入浸渍模具150的模具法兰132。
将一根连续纤维粗纱142或多根连续纤维粗纱142从一个或多个卷轴144供应至模具150。在浸渍前，一般并排布置粗纱142，相邻粗纱之间具有最小至没有的距离。可以通过安装在模具150中或其周围的加热器133在模具内部进一步加热原料127。一般在足以为聚合物产生和/或维持恰当的熔化温度的温度下操作模具，因此允许了希望的由聚合物浸渍粗纱的水平。通常，模具的操作温度高于聚合物的熔化温度，例如在约200℃-约450℃的温度下。当以该方式处理时，连续纤维粗纱142变得嵌入到聚合物基体中，其可以是从原料127处理的树脂214(图4)。然后混合物可以作为润湿的复合材料或挤出物152离开浸渍模具150。
如本文所用的，术语“粗纱”一般是指一捆个体的纤维。包含在粗纱内的纤维可以上捻或可以是直的。粗纱可以包含单一的纤维类型或不同的纤维类型。个体粗纱中也可以包含不同纤维，或替代地，每根粗纱可以包含不同的纤维类型。粗纱中采用的连续纤维拥有相对它们质量高程度的拉伸强度。例如，纤维的极限拉伸强度通常为约1,000-约15,000兆帕斯卡(“MPa”)，在一些实施方案中为约2,000MPa-约10,000MPa，并且在一些实施方案中为约3,000MPa-约6,000MPa。即使纤维是相对轻重量，例如质量/单位长度为约0.05-约2克/米，在一些实施方案中为约0.4-约1.5克/米，也可达到这种拉伸强度。因此拉伸强度:质量/单位长度的比可以为约1,000兆帕斯卡/克/米(“MPa/g/m”)或更高，在一些实施方案中为约4,000MPa/g/m或更高，并且在一些实施方案中为约5,500-约20,000MPa/g/m。这种高强度纤维可以为，例如，金属纤维、玻璃纤维(如E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、S1-玻璃、S2-玻璃等)、碳纤维(如无定形碳、石墨碳或金属涂布碳等)、硼纤维、陶瓷纤维(如氧化铝或二氧化硅)、芳纶纤维(如由E.I.，duPont de Nemours，Wilmington，Del.市场化的)、合成有机纤维(如聚酰胺、聚乙烯、对苯(paraphenylene)、对苯二甲酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯和聚苯硫醚)和已知用于增强热塑性和/或热固性组合物的多种其它天然或合成无机或有机纤维材料。碳纤维特别适合作为连续纤维使用，其通常具有约5,000-约7,000MPa/g/m的拉伸强度:质量的比。连续纤维通常具有约4-约35微米，并且在一些实施方案中为约9-约35微米的公称直径。每根粗纱中包含的纤维数可以是恒定的或各粗纱相互不同的。通常，粗纱包含约1,000根纤维-约50,000根个体纤维，并且在一些实施方案中为约5,000-约30,000根纤维。
可以采用多种热塑性或热固性聚合物的任意一种以形成其中嵌入连续纤维的聚合物基体。例如，用于在本发明中使用的适合的热塑性聚合物可以包括，例如，聚烯烃(如聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物等)、聚酯(如聚对苯二甲酸丁二酯(“PBT”))、聚碳酸酯、聚酰胺(如NylonTM)、聚醚酮(如聚醚醚酮(“PEEK”))、聚醚酰亚胺、聚亚芳基酮(如聚苯二酮(“PPDK”))、液晶聚合物、聚亚芳基硫醚(如聚苯硫醚(“PPS”)、聚(亚联苯硫醚酮)、聚(苯硫醚二酮)、聚(亚联苯硫醚)等)、氟聚合物(如聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯醚聚合物、全氟-烷氧基烷烃聚合物、四氟乙烯聚合物、乙烯-四氟乙烯聚合物等)、聚缩醛、聚氨酯、聚碳酸酯、苯乙烯聚合物(如丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”))，等等。
一般选择聚合物基体的特性以达到可加工性和性能的希望的组合。例如，一般聚合物基体的熔体粘度足够低，以至于聚合物可以适当地浸渍纤维。就此而言，熔体粘度通常为约25-约1,000帕斯卡-秒(“Pa-s”)，在一些实施方案中为50-约500Pa-s，并且在一些实施方案中为约60-约200Pa-s，其在用于聚合物的操作条件下(如约360℃)确定。同样，当浸渍粗纱打算用于涉及高温的应用时(如高压传输电缆)，采用具有相对高熔化温度的聚合物。例如，这种高温聚合物的熔化温度可以为约200℃-约500℃，在一些实施方案中为约225℃-约400℃，并且在一些实施方案中为约250℃-约350℃。
聚芳硫醚特别适合作为具有希望的熔体粘度的高温基体在本发明中使用。例如，聚苯硫醚为半晶型树脂，其一般包含由以下通式表示的重复单体单元：
Figure BDA0000416965580000061
在聚合物中，这些单体单元通常构成至少80mol%，并且在一些实施方案中至少90mol%的重复单元。然而，应该理解聚苯硫醚可以包含额外的重复单元，例如在Gotoh等人的美国专利号5,075,381中所描述的，为了所有目的其全部内容以引用方式并入本文。当采用时，这种额外的重复单元通常构成不大于约20mol%的聚合物。可商购的高熔体粘度聚苯硫醚可以包括以商业名称为购自TiconaLLC(Florence，Kentucky)的那些。这种聚合物可以具有(根据ISO11357-1,2,3测定的)约285℃的熔化温度和在310℃下约260-约320帕斯卡-秒的熔体粘度。
压力传感器137(图2和3)可以感应接近浸渍模具150的压力以允许通过控制螺杆轴124的旋转速度或进料器进料速率而在挤出速率上加以控制。也就是，接近浸渍模具150(例如，歧管组件220的上游)设置压力传感器137以便可以操作挤出机120以递送正确量的树脂214，用于与纤维粗纱142的相互作用。在离开浸渍模具150之后，挤出物152或浸渍纤维粗纱142可以在进入两个相邻的辊190之间形成的辊隙(nip)之前进入任选的预成形或导引部分(未显示)。尽管是任选的，辊190可以帮助将挤出物152固结成条带的形式，以及提高纤维浸渍并且挤压出任何过量的空隙。除了辊190，也可以采用其它成形装置，例如模具系统。无论如何，通过安装在辊上的轨道162和164牵拉所得的固结条带156。轨道162和164也从浸渍模具150牵拉挤出物152并且通过辊190。如果希望，可以在部分171卷绕固结条带156。一般而言，所得的条带是相对薄的并且通常具有约0.05-约1毫米，在一些实施方案中为约0.1-约0.8毫米，并且在一些实施方案中为约0.2-约0.4毫米的厚度。
在图2和3中进一步显示根据本发明公开内容的模具150的一个实施方案的透视图。如所示，如树脂流动方向244所示，使树脂214流动进入模具150。在模具150内分布树脂214并且然后使树脂214与粗纱142相互作用。粗纱142沿粗纱行进方向282横贯通过模具150，并且由树脂214涂布粗纱142。然后由树脂214浸渍粗纱142，并且这些浸渍粗纱142离开模具150。
在浸渍模具内，一般希望粗纱142横贯通过浸渍区250以由聚合物树脂214浸渍粗纱。在浸渍区250中，一般可以通过浸渍区250中产生的剪切和压力迫使聚合物树脂横向通过粗纱，其显著地提高了浸渍程度。在由高纤维含量(例如约35%重量分数(“Wf”)或更高，并且在一些实施方案中为约40%Wf或更高)的条带形成复合材料时这是特别有用的。通常，模具150将包括多个接触表面252，例如至少2个、至少3个、4-7个、2-20个、2-30个、2-40个、2-50个或更多接触表面252，以在粗纱142上产生足够程度的针入度和压力。尽管它们的具体形式可能改变，但是接触表面252通常拥有曲线表面，例如弯曲突出部、销等。接触表面252也通常由金属材料制造。
图4显示浸渍模具150的剖面图。如所示，浸渍模具150可以包含歧管组件220和浸渍部分。浸渍部分包含栅级通道270和浸渍区250。为了使聚合物树脂214流动通过其中而提供歧管组件220。例如，歧管组件220可以包含一个通道222或多个通道222。提供至浸渍模具150的树脂214可以流动通过通道222。
如图5至11显示的，在示例性实施方案中，各个通道222的至少一部分可以为曲线的。曲线的部分可以允许树脂214沿各个方向相对平稳地重新定向，以通过歧管组件220分布树脂214，并且可以允许树脂214相对平稳地流动通过通道222。替代地，通道222可以是线性的，并且可以通过在通道222的线性部分之间的相对尖锐的过渡区域使树脂214重新定向。应该进一步理解通道222可以具有任何适合的形状、尺寸和/或轮廓(contour)。
在如图5至11中显示的示例性实施方案中，多个通道222可以为多个支流道222。流道222可以包含第一支流道组232。第一支流道组232包含多个从将树脂214提供至歧管组件220的一个或多个初始通道222分支出的流道222。第一支流道组232可以包含2、3、4或更多个从初始通道222分支出的流道222。
如果希望，如图5和7至11中显示的，流道222可以包含从第一支流道组232分出的第二支流道组234。例如，可以从第一支流道组232中的一个或多个流道222分支出来自第二支流道组234的多个流道222。第二支流道组234可以包含2、3、4或更多个从第一支流道组232中的流道222分支出的流道222。
如果希望，如图5和8至9中显示的，流道222可以包含从第二支流道组234分出的第三支流道组236。例如，可以从第二支流道组234中的一个或多个流道222分支出来自第三支流道组236的多个流道222。第三支流道组236可以包含2、3、4或更多个从第二支流道组234中的流道222分支出的流道222。
如图5至11中显示的，在一些示例性的实施方案中，多个支流道222具有沿中心轴224的对称取向。支流道222和其对称取向一般平均分布树脂214，使得离开歧管组件220并且涂布粗纱142的树脂214流基本上是均匀分布在粗纱142上的。这希望地允许了粗纱142大体上均匀的浸渍。
此外，在一些实施方案中歧管组件220可以限定出口区域242。出口区域242为歧管组件220的一部分，其中树脂214离开歧管组件220。因此，出口区域242一般围绕通道或流道222的至少下游部分，树脂214从所述通道或流道222离开。如图5至10中显示的，在一些实施方案中，至少部分的布置在出口区域242中的通道或流道222沿树脂214的流动方向244具有增加的面积。当树脂214流动通过歧管组件220时，增加的面积允许了树脂214的扩散和进一步分布，其进一步允许了树脂214在粗纱142上基本上均匀的分布。作为补充或替代，如图11中显示的，各个在出口区域242中布置的通道或流道222可以沿树脂214的流动方向244具有恒定的面积，或可以沿树脂214的流动方向244具有减小的面积。
在一些实施方案中，如图5至9中显示的，设置在出口区域242中布置的每个通道或流道222，使得流自其的树脂214与来自其它在出口区域242中布置的通道或流道222的树脂214组合。来自在出口区域242中布置的多个通道或流道222的树脂214的该组合产生大体单一和均匀分布的来自歧管组件220的树脂214的流，以基本上均匀地涂布粗纱142。替代地，如图10和11中显示的，可以设置多个在出口区域242中布置的通道或流道222，使得流自其的树脂214与来自其它在出口区域242中布置的通道或流道222的树脂214是分离的。在这些实施方案中，可以由歧管组件220产生多个分离但大体平均分布的树脂流214，用于基本上均匀涂布粗纱142。
如图4中显示的，至少部分在出口区域242中布置的通道或流道222具有曲线的横截剖面。这些曲线剖面允许从通道或流道222逐渐导向树脂214，使其大体向下地朝向粗纱142。然而，替代地，这些通道或流道222可以具有任何适合的横截剖面。
应该理解本发明公开内容不限制于以上公开的歧管组件220的实施方案。相反，任何适合的歧管组件220都在本发明公开内容的范围和精神之内。特别是，可以提供树脂214大体上平均、均匀的分布的歧管组件220，例如衣架型的、马蹄铁型的、弯曲唇形的或可调整槽的歧管组件都在本发明公开内容的范围和精神之内。
如图4和5中进一步表明的，在流动通过歧管组件220之后，树脂214可以流动通过栅级通道270。栅级通道270设置在歧管组件220和浸渍区250之间，并且是为了使树脂214流自歧管组件220，使得树脂214涂布粗纱142而提供的。因此，(例如通过出口区域242)离开歧管组件220的树脂214可以进入栅级通道270并且在其中流动通过。
在一些实施方案中，如图4中显示的，栅级通道270在歧管组件220和浸渍区250之间垂直延伸。然而，替代地，栅级通道270可以以垂直和水平之间任何适合的角度延伸，使得允许树脂214流动通过其中。
此外，如图4中显示的，在一些实施方案中，至少部分栅级通道270沿树脂214的流动方向244具有减小的横截剖面。这样的至少部分栅级通道270的变细可以在接触粗纱142之前增加流动通过其中的树脂214的流速，这可以允许树脂214在粗纱142上冲击。如以下讨论的，由树脂214对粗纱142的初始冲击提供了粗纱的进一步浸渍。此外，至少部分栅级通道270的变细可以增加栅级通道270和歧管组件220中的背压，其可以进一步提供更平均、均匀的树脂214的分布，以涂布粗纱142。替代地，如希望或要求的，栅级通道270可以具有增加的或大体上恒定的横截剖面。
如图6中显示的，在离开模具150的歧管组件220和栅级通道270时，树脂214与横贯通过模具150的粗纱142接触。如以上讨论的，归因于树脂214在歧管组件220和栅级通道270中的分布，树脂214可以基本上均匀地涂布粗纱142。此外，在如图13至17中显示的一些实施方案中，树脂214可以在每根粗纱142的上表面216或面对栅极通道270的表面216上、在每根粗纱142的下表面上或在每根粗纱142的上表面和下表面上冲击。在粗纱142上的初始冲击提供用于由树脂214对粗纱142的进一步浸渍。可以通过如下促进粗纱142上的冲击：当其冲击粗纱142时树脂214的速度；当树脂离开歧管组件220或栅级通道270时使粗纱142靠近树脂214；或其它各种变量。
如图4中显示的，使涂布粗纱142沿行进方向282横贯通过浸渍区250。浸渍区250与歧管组件220流体相通，例如通过布置在其间的栅级通道270。构造浸渍区250以由树脂214浸渍粗纱142。
例如，如以上讨论的，在示例性实施方案中，如图4和12至17中显示的，浸渍区250包含多个接触表面252。粗纱142横贯在浸渍区中的接触表面252之上。粗纱142在接触表面252上的冲击产生足够的剪切和压力以利用涂布粗纱142的树脂214浸渍粗纱142。
在一些实施方案中，如图4和13至17中显示的，在两个分开的相对板256和258之间限定浸渍区250。第一板256限定了第一内表面257，同时第二板258限定了第二内表面259。在第一板256和第二板258之间限定浸渍区250。可以在第一和第二内表面257和259上，或仅仅第一和第二内表面257和259之一上限定接触表面252，或接触表面252延伸自第一和第二内表面257和259，或仅仅第一和第二内表面257和259之一。
在一些示例性实施方案中，如图4、13、15至17中显示的，可以交替地在第一和第二表面257和259上限定接触表面252，使得粗纱交替地在第一和第二表面257和259上的接触表面252上冲击。因此，粗纱142可以以波形、扭曲或正弦曲线型路径通过接触表面252，其提高了剪切。
粗纱142横贯接触表面252所成的角度254一般可以足够高以提高剪切和压力，但是不高至导致将要破坏纤维的过度的力。因此，例如，角度254可以在约1°-约30°之间，并且在一些实施方案中，在约5°-约25°之间。
如上所述，接触表面252通常拥有曲线表面，例如弯曲突出部、销等。此外，在许多示例性实施方案中，浸渍区250具有波形横截剖面。在图4、12和13中显示的一个示例性实施方案中，接触表面252为形成第一板256和第二板258的部分波形表面并且限定波形横截剖面的突出部。图12展示了第二板258和其上的各个接触表面，根据这些实施方案，所述各个接触表面形成至少部分浸渍区250。
在其它实施方案中，如图14中显示的，接触表面252为形成仅第一板256或第二板258之一的部分波形表面的突出部。在这些实施方案中，冲击只在一个板的表面上的接触表面252上发生。一般其它板可以为平的，或可以使其它板成形，使得不发生与涂布粗纱的相互作用。
在其它替代的实施方案中，如图15至17中显示的，浸渍区250可以包含多个销(或棒)260，每个销具有接触表面252。销260可以是如图15和16中显示的固定的(static)、自由旋转的(未显示)或如图17中显示的旋转驱动的。此外，如图15中显示的，可以将销260直接安装至限定冲击区的板的表面，或如图16和17中显示的，销260可以从表面间隔开。应该指出可以通过加热器133加热销260，或可以个体地或如所希望或要求地加热销260。此外，销260可以包含在模具150内，或可以从模具150向外延伸并且不是完全包装在其中的。
在进一步替代的实施方案中，接触表面252和浸溃区250可以如希望或要求包含任何对由树脂214浸渍粗纱142适合的形状和/或结构。
为了进一步促进粗纱142的浸渍，还可以使它们在存在于浸渍模具150内，并且特别是存在于浸渍区250内的同时保持在张力下。张力可以为例如每根粗纱142或每束纤维约5-约300牛顿，在一些实施方案中，约50-约250牛顿，在一些实施方案中为约100-约200牛顿。
如图4和图18和19中显示的，在一些实施方案中，到达区280可以沿粗纱142的行进方向282设置在浸渍区250的下游。在离开模具150之前粗纱142可以横贯通过到达区280。在一些实施方案中，如图18中显示的，至少部分到达区280可以沿行进方向282具有增加的横截剖面，使得到达区280的面积增加。增加的部分可以为到达区280的下游部分以促进粗纱142离开模具150。替代地，横截剖面或其任何部分可以减小，或可以如图19中显示保持恒定。
如图4中进一步显示的，在一些实施方案中，面板290可以邻接浸渍区250。可以将面板290沿行进方向282布置在浸渍区250和到达区280(如果包含)的下游。一般配置面板290以计量(meter)来自粗纱142的过量树脂214。因此，可以调整面板290中的粗纱142横贯通过其中的孔隙的尺寸使得在粗纱142从中横贯通过时，孔隙的尺寸导致从粗纱142中除去过量的树脂214。
此外，可以任选采用其它部件以辅助纤维的浸渍。例如，在某些实施方案中可以采用“气体喷射”组件以帮助跨越合并束的整个宽度均匀铺展(spread)个体纤维的粗纱(其可以各自包含高达24,000根纤维)。这帮助实现强度性能的均匀分布。这样的组件可以包括在穿过离开接口的移动粗纱上一般以竖直的方式冲击的压缩空气或另一种气体的供应。然后可以将铺展的粗纱引入到模具中以用于浸渍，例如以上描述的。
使用根据本发明公开内容的模具和方法所得的浸渍粗纱可以具有非常低的空隙度，这帮助提高了其强度。例如，空隙度可以为约3%或更小，在一些实施方案中为约2%或更小，在一些实施方案中为约1%或更小，并且在一些实施方案中为约0.5%或更小。可以使用本领域技术人员公知的技术测定空隙度。例如，可以使用“树脂烧尽(burnoff)”测试测定空隙度，该测试中将样品放置在烘箱中(如在600℃3小时)以烧尽树脂。然后可以测定剩余纤维的质量以计算重量和体积分数。可以依据ASTM D2584-08进行这种“烧尽”测试以确定纤维和聚合物基体的重量，然后其可以用于基于以下等式计算“空隙度”：
Vf=100*(ρt-ρc)/ρt
其中，
Vf为作为百分比的空隙度；
ρc为如使用已知技术，例如由液体或气体比重计(如氦比重计)，测定的复合材料密度；
ρt为如通过以下等式确定的复合材料理论密度:
ρt＝1/[Wf/ρf+Wm/ρm]
ρm为(如在恰当的结晶度下的)聚合物基体密度；
ρf为纤维密度；
Wf为纤维重量分数；和
Wm为聚合物基体重量分数。
替代地，可以依据ASTM D3171-09通过化学溶解树脂确定空隙度。“烧尽”和“溶解”方法特别适合于玻璃纤维，一般其耐受熔化和化学溶解。然而在其它情况中，可以依据ASTM D2734-09(方法A)基于聚合物、纤维和条带的密度间接计算空隙度，其中可以通过ASTMD792-08方法A确定密度。当然，也可以使用常规显微设备估算空隙度。
本发明的公开内容进一步涉及用于由聚合物树脂214浸渍至少一根纤维粗纱142或多根纤维粗纱142的方法。该方法包括使聚合物树脂214冲击至多根纤维粗纱142的表面216上，并且如以上讨论的，基本上均匀地由树脂214涂布多根纤维粗纱142。如以上讨论的，该方法进一步包括使多根涂布粗纱142横贯通过浸渍区250以由树脂214浸渍多根涂布粗纱142。
如以上讨论的，在一些实施方案中，该方法进一步包括使树脂214流动通过栅级通道270。此外，如以上讨论的，该方法可以包括使粗纱142从浸渍区250横贯通过到达区280和/或使粗纱142横贯通过面板290。
如以上讨论的，在离开浸渍模具150后，可以将浸渍粗纱142或挤出物152固结成条带的形式。每个条带中采用的粗纱的数目可以改变。然而，通常条带将包含2-20根粗纱，并且在一些实施方案中包含2-10根粗纱，并且在一些实施方案中，包含3-5根粗纱。在一些实施方案中，可以希望在条带内粗纱彼此分开大致相同的距离。参照图20和21，例如，显示了固结条带4的一个实施方案，所述固结条带4包含三根(3)沿x方向彼此等距间隔的粗纱5。
可以根据本发明公开内容进一步将拉挤方法用于某些具体的应用。例如，在一些实施方案中，可以使用这样的方法以形成棒。在这些实施方案中，粗纱142的连续纤维可以沿纵向方向(图1系统的机器方向(machine direction)“A”)取向以提高拉伸强度。除纤维取向外，还可以控制拉挤处理的其它方面以获得希望的强度。例如，在固结条带中采用相对高百分数的连续纤维以提供提高的强度性能。例如，连续纤维通常构成条带的约25wt.%-约80wt.%，在一些实施方案中约30wt.%-约75wt.%，并且在一些实施方案中约35wt.%-约60wt.%。同样，(一种或多种)聚合物通常构成条带的约20wt.%-约75wt.%，在一些实施方案中，约25wt.%-约70wt.%，并且在一些实施方案中约40wt.%-约65wt.%。
一般，条带可以从浸渍模具150直接供应至拉挤系统，或从主轴或其它适合的储存仪器进行供应。在将条带拖拉通过拉挤系统时，可以采用张力调整装置以帮助控制条带中的张力程度。可以在用于加热条带的装置中供应烘箱。然后可以将条带提供至固结模具，可以操作其，用于将条带在一起压制成预成型件，并且用于对齐和形成希望的产品(例如棒)的初始形状。如果希望，也可以采用第二模具(如校准模具)，其将预成型件压制成最终形状。可以额外地在模具之间和/或任一模具之后并入冷却系统。可以布置下游牵拉装置以将产品牵拉通过系统。
本领域技术人员可以实践本发明的这些和其它修改和改变，而不背离本发明的精神和范围。此外，应该理解各个实施方案的方面可以全部或部分地互换。此外，本领域技术人员将要理解前述说明仅是举例的方式，并且不旨在限制如在所附的权利要求书中进一步描述的本发明。

Claims (20)

1.用于由聚合物树脂(214)浸渍多根纤维粗纱(142)的模具(150)的浸渍部分，所述浸渍部分包含：
浸渍区(250)，其构造为用于由树脂(214)浸渍多根粗纱(142)；和
与浸渍区(250)流体相通的栅极通道(270)，用于使树脂(214)流动通过其中，使得树脂(214)冲击在多根粗纱(142)的每一根的面对栅极通道(270)的表面(216)上并且基本上均匀地涂布多根粗纱(142)。
2.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其中栅极通道(270)垂直延伸至浸渍区(250)。
3.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其中至少部分栅极通道(270)沿树脂(214)的流动方向(244)具有减小的横截剖面。
4.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其中浸渍区(250)包含多个接触表面(252)。
5.根据权利要求4的浸渍部分，其中浸渍区(250)包含2到50之间个接触表面(252)。
6.根据权利要求4或5的浸渍部分，其中多个接触表面(252)的每一个包含曲线接触表面。
7.根据权利要求4、5或6的浸渍部分，其中构造多个接触表面(252)的每一个，使得多根粗纱(142)以1度到30度之间的角度(254)横贯接触表面(252)。
8.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其中浸渍区(250)具有波形横截剖面。
9.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其中浸渍区(250)包含多个销(260)。
10.根据权利要求9的浸渍部分，其中多个销(260)的每一个是固定的。
11.根据权利要求9的浸渍部分，其中多个销(260)的每一个是旋转驱动的。
12.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其进一步包含限定第一内表面(257)的第一板(256)和与第一板(256)间隔开并且限定第二相对内表面(259)的第二板(258)，其中浸渍区(250)限定在第一板(256)和第二板(258)之间，并且其中浸渍区(250)包含限定在仅仅第一内表面(257)或第二内表面(259)之一上的多个接触表面(252)。
13.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其进一步包含沿多根粗纱(142)行进方向(282)的在浸渍区(250)下游的到达区(280)。
14.根据权利要求13的浸渍部分，其中至少部分到达区(280)沿行进方向(282)具有增加的横截剖面。
15.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其进一步包含接邻浸渍区(250)的面板(290)，所述面板(290)构造用于计量多根粗纱(142)内过量的树脂(214)。
16.根据前述权利要求中任意一项的浸渍部分，其中树脂(214)为热塑性树脂(214)。
17.根据权利要求1至15中任意一项的浸渍部分，其中树脂(214)为热固性树脂(214)。
18.用于由聚合物树脂(214)浸渍多根纤维粗纱(142)的方法，所述方法包括：
使聚合物树脂(214)冲击至多根纤维粗纱(142)的表面(216)上；
基本上均匀地由树脂(214)涂布多根粗纱(142)；和
使多根涂布粗纱(142)横贯通过浸渍区(250)以由树脂(214)浸渍多根涂布粗纱(142)，其中在浸渍区(250)内多根粗纱(142)的每一根在约5牛顿-约300牛顿的张力下。
19.根据权利要求18的方法，其进一步包括使树脂(214)流动通过栅极通道(270)，并且其中至少部分栅极通道(270)沿树脂(214)的流动方向(244)具有减小的横截剖面。
20.根据权利要求18或19的方法，其中多根粗纱(142)从浸渍区(250)横贯通过到达区(280)，所述到达区(280)沿多根粗纱(142)的行进方向(282)设置在浸渍区(250)的下游。
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