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CN108026673A - 纺织半成品 - Google Patents

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CN108026673A CN201680052636.8A CN201680052636A CN108026673A CN 108026673 A CN108026673 A CN 108026673A CN 201680052636 A CN201680052636 A CN 201680052636A CN 108026673 A CN108026673 A CN 108026673A
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罗伊·格卢思曼
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Abstract

本发明涉及纺织半成品，其具有至少一条经纱(2、3)、至少一条纬纱(4)和至少一条连接纱(1)。根据本发明提出：要么至少一条经纱形成加固层并且至少一条纬纱是热塑性的纱，要么情况相反。经纱和纬纱在各自的平面中伸展地延伸，这些平面基本上彼此平行地布置。

Description

纺织半成品
技术领域
本发明涉及一种纺织半成品，其具有至少一条经纱、至少一条纬纱和至少一条连接纱。
背景技术
需要用这种制品来制造热塑性的纤维复合结构，该纤维复合结构在热作用下通过挤压形成。在此，热塑性的基体成分熔化并且与加固层连接成高强度的复合材料。由此可以制造高强度和高弹性的、复杂多维成型的部件。这种制造方法用于工业上大批量生产的多个成型件，尤其是在舰船制造、飞行器制造和车辆制造中的这种成型件。
在EP 0 361 796 A2中描述了可成型的纺织半成品，其中多个彼此叠加布置的层分别由彼此并排的、没有彼此交织的纱形成，并且在这些层中引入基体成分。该基体成分能够由热塑性的或热固性的树脂、金属或陶瓷构成，并且该基体成分能够以纱、带、薄膜状的层的形式、编织的或无纺布状的材料的形式被引入。最后，加固层和基体成分彼此缝合。还提出将热塑性的纱与加固纱共同引入。由于加固纱的和热塑性的纱的膨胀特性不同，这必然导致加固纱的弯曲的、未伸展的延伸。
DE 10 2008 063 545 A1公开了由纤维束的多个子层构成的多轴织物。这些纤维束在一个子层中直线地并且彼此平行地延伸，并且纤维束在每个子层中具有彼此不同的指向。纤维束能够由加固纤维或热塑性的纱构成，或由其混合物构成，并且通过热塑性的连接纱彼此连接。因为热塑性的连接纱由与基体前级成分相同的材料构成，所以两者熔化成统一的复合材料。以该方式制造的纤维复合材料因此不再包含连接纱。
在DE 10 2012 007631 A1中提出了构建具有集成的热塑性基体的纺织多层加固结构，以在多轴织物中在单向指向的加固层之间设置纤维无纺布形式的热塑性纤维材料。加固纤维的层以及纤维无纺布的层最后由连接纱固定。
US 5160485在图1中公开了具有编织的加固纱的半成品。该半成品对于强度是不利的。在图4中公开了将多层的加固纱与热塑性的纱连接或者缝合。
EP 2907904 A1公开了具有编织的加固纱的半成品，该加固纱具有弯曲的走向并因此具有减小的强度。
发明内容
本发明所基于的目的是给出开头所述类型的纺织半成品，该纺织半成品能够在可广泛应用的机器上低成本地制造，并且该纺织半成品具有限定的、可再生产的特性，尤其是强度特性。
该目的通过权利要求1或2的内容实现。因此，本发明的主题是开头所述的纺织半成品，其中要么至少一条经纱形成加固层并且至少一条纬纱是热塑性的纱(权利要求1的方案)，要么情况相反(权利要求2的方案)。经纱和纬纱在各自的平面中伸展地延伸，所述平面基本上彼此平行地布置。
首先，阐述一些在本发明的范围中使用的术语。
根据本发明的纺织半成品是没有全部完成的产品，在温度和优选压力作用下，在热塑性组成部分熔化的情况下，能够由该产品制造纤维复合组件或材料。
术语“经纱”、“纬纱”和“连接纱”包含相应的系统，这些系统优选不由单独的纱构成，而是由纱组(Fadenscharen)构成。纱组通常包括多条单独的纱，这些单独的纱相同或不同地形成并且能够由相同的或不同的材料构成。纱组在可能的情况下也能够基于不同的纱类型、例如人造纤维纱线或丝纱线形成。
加固层给予由半成品制造的组件强度，尤其是在伸展地延伸的单纱的或纱组的轴向方向中的拉伸强度。相应地，根据本发明的半成品不是总是具有弯曲的纱走向的织物。
连接纱保持并连接了加固纤维的和热塑性基体层的单纱或纱组(在权利要求1的方案中的热塑性的纬纱；在权利要求2的方案中的热塑性的经纱)。保持表示：连接纱至少有助于将相关的纱在空间上相对彼此地固定或者限制相关的纱的移动自由度。保持的功能主要通过遮盖或缠绕经纱或纬纱来实现。
根据本发明的半成品是基于具有平行引纬的经编技术的双轴织物。纺织的基础结构由经纱和连接纱构成，其中连接纱形成网孔。相应的纱组优选由彼此平行延伸的单纱构成。经纱组和纬纱组优选近似彼此正交地延伸。
半成品包含优选热塑性的连接纱、由加固纱构成的层、以及由热塑性的基体纱构成的层。借助于对基体纱的精细度、加固纱的精细度、基体纱的纱密度和加固纱的纱密度的选择，能够改变在负荷方向上的强度以及基体成分的绝对份额，并因此匹配于具体应用的要求。
本发明提出一种半成品，该半成品的加固纱单向地指向并且因此能够用作为单向的纱布，以制造还具有复杂的形状和负荷方向的纤维复合结构。根据复合结构的可预期的负荷，根据本发明的半成品能够彼此组合，以使得单向指向的加固层分别朝向可预期的负荷方向指向。在朝向不同方向的或来自不同方向的可预期的负荷中，根据本发明的半成品能够与相应指向的加固纤维彼此叠加地布置。因此，本发明实现可通用和灵活使用的半成品，借助该半成品，以简单和经济的方式和方法也能够制造多种复杂的纤维复合结构。
本专利申请的独立权利要求1和2限定了具有由不同材料构成的经纱和纬纱(加固纱或加固层或热塑性纱)的纺织半成品。这能够理解成，在针织物中一方面使得经纱并且另一方面使得纬纱由所提出的不同的材料构成。在权利要求中所使用的表述“纬纱(或经纱)是热塑性的纱”表示：该纱仅由热塑性材料构成。换言之，该半成品是如下的半成品，其中在制造针织物时输送由相应不同的材料构成的经纱和纬纱。本发明的主题不是将针织物的多个半成品或子层彼此叠加设置地布置，其中在每个单独的针织物中，经纱和纬纱由统一的材料构成。
借助于具有平行引纬的编织机或拉舍尔(Raschel)编织机进行该制造。因此，可以使用广泛采用的机器来制造根据本发明的半成品。不需要例如用于将无纺布层或其他纺织元件作为加固或基体成分引入的、附加的装置。如上面描述的那样，给机器输送由相应不同材料构成的经纱和纬纱。
纬纱或可选地还有经纱由热塑性材料构成并且形成基体纱。术语“热塑性”在本发明的范畴中可被理解为原料的或纱材料的特性，即在加载温度的情况下以及优选在压力下进一步加工半成品的进程中熔化，以便生成复合件。在此，基体纱完全或部分地失去其纱结构，并且基体纱转换成连接和/或嵌入加固纤维的基体材料。适当的热塑性材料优选在150℃和300℃之间的温度下熔化。合适的热塑性的聚合物例如是聚酯、聚酰胺或还有聚丙烯。加固层的材料在所述条件下不熔化或仅少量地熔化，更确切地说，加固层的材料很大程度上保持其形状、结构和强度。
取决于制造的是：连接纱总是在纱或纱组之间的空腔的区域中穿过加固层。由此避免了加固层的刺穿还有纱的损坏以及偏移。因此，连接纱既不刺穿经纱也不刺穿纬纱。因此，连接纱既不通过各个纱元件的损坏和撕裂而变弱，也不改变纱或纱组的基本上成直线的延伸。
在一个优选的实施方式中，纬纱实施为全幅衬纬(Vollschuss)。只要加固层由纬纱形成，在该实施方式中，加固纱的最大长度就对应于半成品的制造宽度。全幅衬纬(也称作平行衬纬)是在经编针织物的整个宽度上横向延伸的成直线的纱段，并且全幅衬纬仅由经编针织物的边缘限界。全幅衬纬由其他纱系统的网孔保持。
只要半成品的加固层或加固纤维需要大于制造宽度的长度，优选地就选择权利要求1的实施方式，其中经纱形成加固层，并且经纱的长度因此实际上能够任意地选择。
根据本发明，经纱优选实施为竖直纱(Stehfaden)。因此，该经纱形成沿纵向方向成直线延伸的纱段。竖直纱是在经编针织物中沿纵向方向成直线延伸地接合到另一纱系统的两个网眼针部(Maschenstaebchen)之间的纱段，该纱段不由相同纱的网眼或耳状柄部(Henkel)限界。
如已经阐述的那样，至少一条连接纱优选是热塑性的纱。
经纱和纬纱优选彼此正交地延伸。
根据本发明的半成品能够被模块化地进一步处理。这表示：半成品的子层能够与具有其他子层的单向的加固层组合，其中例如该加固层的主负荷方向沿另一方向延伸并因此与半成品的第一子层的加固层的主负荷方向围成一定角度。相应地，半成品在结构和材料方面不必针对于相应应用的具体要求。更确切地说，由基体层和单向的加固层构成的模块能够被制造并且随后根据强度要求被特别地组合。在此决定性的是所使用的加固层的数量以及相对彼此的指向，由此尤其能够考虑主负荷方向。
因此，模块化应用的可选方案实现了半成品的简单且统一的制造，并且同时实现了在具有非常不同的要求方面的应用中的使用。不必要求的是：半成品在构建和材料选择时就已经要特别针对随后的应用。
模块化应用能够以两个变型方案实现。
在第一变型方案中，特别针对相应的应用情况首先制造预制品，其中在温度和压力作用下以加固层的相应的指向将多个根据本发明的半成品(子层)接合在一起，通常加工成板。该预制品(板)随后在相应的模具中被加工成加固的最终产品。
将半成品接合成预制品引起的是：在该预制步骤的限定条件下，可靠且能安全再生产地实现基体层的熔化以及利用基体材料进行对加固纱的穿透或结合。
在该预制步骤中，根据本发明的半成品在热作用下能够被挤压在平的底层上并且被批量生产成板(模块)。每个模块优选由多个子层的组合构成并因此具有多个以优选彼此不同的指向分别单向延伸的加固层。子层的数量和指向(垂直于平面式的延伸方向的轴线)根据最终产品的要求、尤其强度要求特别地进行组合。这种根据力流进行预制的模块借助对应于期望的构件的阴模(Negativform)在热作用下被挤压。通过该组合的可行性，在预制模块时能够考虑对最终产品的特别要求，尤其是对抗拉性、抗压性和尺寸稳定性的要求。相应地例如在构件中，多条加固纱能够沿主负荷方向延伸，而对于小负荷的横向方向仅设置一小部分的加固纱。
在模块化应用的第二变型方案中，具有优选不同指向的加固层和成型体的多个半成品被直接加工成加固的最终产品。
借助于预制步骤获得的模块或由该模块制造的最终产品具有尤其高的强度并且适合于高要求的应用。加固层的纱根据结构完全伸展地延伸并且彼此平行地延伸，此外，该纱不具有损坏或缺陷部位。相应地，模块的强度值仅经受非常微小的波动，并且相应地能够以计算的方式精确确定模块的应用。因此不需要使用附加材料来补偿强度波动。
因此，本发明的主题还是一种作为预制品的纺织半成品，该纺织半成品具有至少两个加固层，这些加固层在彼此基本上平行的平面中延伸。优选地，加固层中的至少两个加固层的单纱或纱组彼此成一定角度地延伸。这实现了对设置的最终产品的主负荷方向的匹配。
能够提出：热塑性的经纱或纬纱(基体纱)的熔化温度和热塑性的连接纱的熔化温度彼此不同。
在第一变型方案中，热塑性的连接纱的熔化温度小于热塑性的基体纱的熔化温度。因此，在相应的温度设置的情况下，首先实现连接纱的熔化，其中热塑性的基体纱保持其形状。因此，纱织物的复合物脱落，并且纱在改进柔性和对压模的匹配性(良好的悬垂性能)方面能够移动。热塑性的基体纱的熔化在更高的温度中进行，并且纺织结构在该时间点具有显著更小的应力。
在压模的特定几何形状的情况中能够有利的是：纺织复合物在基体成分熔化时仍存在。在该情况中，能够选择如下的热塑性的连接纱，该连接纱的熔化温度超过基体纱的熔化温度。
根据本发明能够提出：加固层的单纱或纱组包含纤维，这些纤维选自由玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、高强度聚合物纤维构成的组、以及由它们构成的混合物。优选地，能够利用市场常见的纺纱机器加工纱或纱组。
此外，本发明的主题是纤维复合组件或材料，该纤维复合组件或材料通过对根据本发明的纺织半成品进行加热和成型来获得。
该组件根据制造和结构具有在材料和机械方面均匀的结构并且能够可靠地再生产。由强烈或不太强烈损坏的加固层、或热塑性的基体份额的波动所引起的偶然的强度损失能够很大程度上被排除。
附图说明
下面，根据附图阐述本发明的实施例。图1示意性地示出根据本发明的纺织半成品的结构。
具体实施方式
附图(图1)示出具有一个平面中的由纬纱(4)构成的加固层和另一平面中的由热塑性的经纱(2、3)构成的基体层的实施例。经纱和纬纱分别成直线伸展地延伸并且彼此平行地延伸。由连接纱1确保结合成为纺织面料。
连接纱(1)取决于结构总是在连接纱的纱组之间的空腔中穿过加固纤维束(4)的平面。
当前的实施方式形成稳定的、很大程度上无扭曲的、由精确定位的纺织元件构成的单向的复合物。该复合物实现了三维成型中的悬垂(Drapieren)，并且在热塑性的基体成分熔化时实现了加固层的良好滑动。
纺织半成品基于具有引纬的针织物来制造。为了该制造，使用具有存储衬纬装置和3个梳栉(Legebarren)的拉舍尔机，其中梳栉形成网孔。
图1中示出的产品在Karl Mayer Textilmaschinenfabrik GmbH(卡尔迈尔纺机厂有限责任公司)的具有引纬RS2(3)MSUN 150”18E Bj.1993的拉舍尔机上制造。
材料成分和机器参数：
梳栉1：有效纱＝连接纱，PP(聚丙烯)丝纱84dtex，
垫纱：1-0/2-3//
穿纱：穿满
网孔密度：10.32M/cm
梳栉2：热塑性的基体纱，PP丝纱932dtex
垫纱：0-0/1-1/0-0/2-2//
穿纱：穿满
梳栉3：热塑性的基体纱，PP丝纱932dtex
垫纱：0-0/2-2/0-0/1-1//
穿纱：穿满
衬纬：加固粗纱，纺织玻璃300tex，
穿纱：穿满
纺织半成品的面密度：大约480g/m2
加固纱的实现的纤维体积含量：大约39％。

Claims (11)

1.一种纺织半成品，具有至少一条经纱(2、3)、至少一条纬纱(4)和至少一条连接纱(1)，其特征在于，
a.至少一条所述经纱(2、3)形成加固层，
b.至少一条所述纬纱(4)是热塑性的纱，
c.经纱和纬纱在各自的平面中伸展地延伸，并且
d.经纱的所述平面和纬纱的所述平面基本上彼此平行地布置。
2.一种纺织半成品，具有至少一条经纱(2、3)、至少一条纬纱(4)和至少一条连接纱(1)，其特征在于，
a.至少一条所述纬纱(4)形成加固层，
b.至少一条所述经纱(2、3)是热塑性的纱，
c.经纱和纬纱在各自的平面中伸展地延伸，并且
d.经纱的所述平面和纬纱的所述平面基本上彼此平行地布置。
3.根据权利要求1或2所述的纺织半成品，其特征在于，所述纬纱(4)实施为全幅衬纬。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纺织半成品，其特征在于，所述经纱(2、3)实施为竖直纱。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的纺织半成品，其特征在于，至少一条所述连接纱(1)是热塑性的纱。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纺织半成品，其特征在于，经纱和纬纱彼此正交地延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的纺织半成品，其特征在于，所述纺织半成品具有至少两个加固层，所述加固层在彼此基本上平行的平面中延伸。
8.根据权利要求7所述的纺织半成品，其特征在于，所述加固层中的至少两个加固层的单纱或纱组彼此成一定角度地延伸。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的纺织半成品，其特征在于，热塑性的经纱的或纬纱的熔化温度和热塑性的连接纱的熔化温度彼此不同。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的纺织半成品，其特征在于，所述加固层的单纱或纱组包含纤维，所述纤维选自由玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、高强度聚合物纤维构成的组、以及由玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、高强度聚合物纤维构成的混合物。
11.一种纤维复合组件，所述纤维复合组件通过对根据权利要求1至10中任一项所述的纺织半成品进行加热和成型来获得。
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