專利名稱：從纖維復(fù)合材料生產(chǎn)顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)纖維復(fù)合材料的顆粒的方法，所述纖維復(fù)合材料適合于用塑料加工方法進(jìn)一步處理，其中所述顆粒包含碳纖維和至少一種熱塑性基體材料。
背景技術(shù)：
碳纖維用作與熱塑性塑料或硬質(zhì)聚合物結(jié)合的纖維復(fù)合材料(FCM)的纖維增強(qiáng)物。為實(shí)現(xiàn)最大化的增強(qiáng)效果，迄今為止這主要通過(guò)使用連續(xù)性碳纖維材料，如長(zhǎng)絲紗線、復(fù)絲紗線或橫列線圈進(jìn)行。相反，市場(chǎng)上不提供呈具有非連續(xù)纖維長(zhǎng)度、如20mm到80mm長(zhǎng)度范圍的截短纖維形式的碳纖維，如在傳統(tǒng)紡織品加工中所熟知的，因?yàn)槌式囟汤w維形式的碳纖維更難于加工。
最近幾年來(lái)，已越來(lái)越多地將碳纖維材料用作高性能纖維增強(qiáng)物。主要應(yīng)用是用于比如飛機(jī)結(jié)構(gòu)、輪船結(jié)構(gòu)、車輛結(jié)構(gòu)和風(fēng)力設(shè)施中。由于使用量不斷增長(zhǎng)，含碳纖維產(chǎn)品廢料的數(shù)量和用過(guò)的破舊部件的數(shù)量也在增長(zhǎng)。由于碳纖維的制造很復(fù)雜，所以碳纖維非常昂貴。對(duì)特殊類型的碳纖維，價(jià)格可以在約15歐元/千克到約300歐元/千克之間。因此出于經(jīng)濟(jì)或環(huán)境原因，希望能夠處理廢料和用過(guò)的部件及它們包含的碳纖維，并且對(duì)它們?cè)倮靡钥芍辽俨糠执姘嘿F的原始碳纖維。盡管在行業(yè)中已做出再利用含碳纖維產(chǎn)品廢料的嘗試，其中廢料被切割和/或研磨并且比如用作塑料或建筑材料中的增強(qiáng)物，但到目前為止，實(shí)際上僅收集和市場(chǎng)化了小部分廢料。到目前為止，還沒(méi)有再利用大量含碳纖維廢料的高附加值，所以含碳纖維廢料不得不像垃圾一樣處理。如果纖維復(fù)合材料被使用在擠壓或注射成型技術(shù)中，則必須以纖維和熱塑性聚合物的恒定重量比率進(jìn)行原料的給料。只有當(dāng)混合物的兩種實(shí)體在其幾何尺寸、顆粒表面積和體積方面相同或至少非常相似時(shí)，才能夠完成良好的給料和混合。然而，與所用塑料造粒的顆粒相比，短纖維和地面揚(yáng)塵在這些參數(shù)方面的差異很大，它們一般具有大約3_到5_的直徑和光滑表面，因此也具有良好的流動(dòng)性。短纖維中的單個(gè)纖維在隨機(jī)導(dǎo)向墊中堵塞鎖在一起，形成了纖維橋和材料聚合塊，這可堵塞擠壓機(jī)和注射成型機(jī)的橫向進(jìn)料斗中的開(kāi)口，導(dǎo)致以不可控的、不規(guī)則的方式進(jìn)入機(jī)器。除了造成機(jī)器進(jìn)料的連續(xù)材料流的中斷夕卜，最終產(chǎn)品中可能出現(xiàn)強(qiáng)化纖維和塑料基體的名義混合比的實(shí)質(zhì)偏離，這意味著不能保證部件的機(jī)械性能。由于上述原因，到目前為止，含有原始碳纖維的用于擠壓和注射成型的原料生產(chǎn)自連續(xù)纖維束。為使其易于加工，連續(xù)纖維加工成束，且在切割成3mm到12mm長(zhǎng)度之前，用很粘的膠合層將其粘合成連續(xù)的粗纖維束，也稱為上漿。連續(xù)纖維也可粘合在一起后用熔融聚合物包起或浸潰，冷卻至固化后將其切割成想要的長(zhǎng)度。這個(gè)工藝中，只有連續(xù)的原始碳纖維可用作原料。由于上面給出的原因，不能將來(lái)自廢料處理程序或來(lái)自回收利用的已用CFK部件的非連續(xù)纖維作為纖維直接加入到擠壓或注射成型的原料中。只有當(dāng)可以以合適給料且傾注良好的方式使用這些不連續(xù)的纖維時(shí)，才可通過(guò)經(jīng)濟(jì)的方式回收利用來(lái)自廢料和已用部件的碳纖維，它們?nèi)匀皇歉邇r(jià)值的纖維。在現(xiàn)有技術(shù)中，原始碳纖維的生產(chǎn)通常起始于纖維膠纖維或如聚丙烯腈(PAN)的合適的有機(jī)前體纖維并進(jìn)行可控制的熱解；或起始于浙青，這種情況下采用熔融紡絲以生成初始的浙青纖維，然后氧化和碳化浙青纖維。如EP 1696057A1公開(kāi)了一種合適的方法，在這篇文獻(xiàn)中，從浙青制造的原始纖維被處理成人造短纖維墊，人造短纖維墊中的纖維以優(yōu)選的方向排列。尤其是，該已知的方法包括使纖維平行的梳理工藝。然而該方法從纖維網(wǎng)中生產(chǎn)紗線，因此生產(chǎn)出了線型的最終產(chǎn)品。首先，現(xiàn)有技術(shù)中已為人熟知的是，可用含有熱塑性基體纖維和不連續(xù)長(zhǎng)度的強(qiáng)化纖維的混合條生產(chǎn)帶狀強(qiáng)化半成品。DE 10151761A1公開(kāi)了這種類型的方法，在該方法中，首先用熱塑性基體纖維和天然纖維生產(chǎn)梳理過(guò)的帶，然后所述帶通過(guò)存儲(chǔ)單元和引導(dǎo)單元，最后通過(guò)鋪設(shè)單元。在加熱區(qū)進(jìn)行加熱并進(jìn)行強(qiáng)化后，生成了帶狀半成品。該文獻(xiàn)也提到了可以用碳纖維而非天然纖維作為強(qiáng)化纖維。 DE 102008002846A1描述了再利用纖維強(qiáng)化的或含有纖維的半成品的廢料處理方法。從基體材料中分離與基體材料結(jié)合的纖維，得到的自由纖維立即用粘合劑固化。然而，從半成品中分離纖維在爐中進(jìn)行，即通過(guò)熱解進(jìn)行。該方法中，最終產(chǎn)品是固化纖維形成的成束纖維，該文獻(xiàn)沒(méi)有提供關(guān)于其進(jìn)一步處理的任何細(xì)節(jié)。DE 19739486A1公開(kāi)了一種形成自纖維復(fù)合材料的片狀半成品的制造方法，其中將從毯生產(chǎn)中回收的熱塑性材料、即纖維廢料與來(lái)自纖維復(fù)合材料的廢料材料混合后用用梳理機(jī)進(jìn)行梳理。該熱塑性纖維可由聚丙烯、聚乙烯、尼龍或PET組成。進(jìn)一步處理前，這些纖維被切割成大約50mm長(zhǎng)度的條。用帶有針狀突起的輥扯分開(kāi)來(lái)自纖維復(fù)合材料的廢料材料，并分割成條?；旌蟽蓮U料纖維材料，然后用梳理機(jī)進(jìn)行梳理。該文獻(xiàn)沒(méi)有關(guān)于為明確排列纖維所采取任何措施的進(jìn)一步信息。而且，該文獻(xiàn)也沒(méi)有教導(dǎo)利用廢料中的碳纖維。在該已知方法中，首先生成墊，然后該墊被成型為交通工具的車體部件。DE 19711247A1描述了從混合棉條中生產(chǎn)長(zhǎng)纖維顆粒的方法。該方法中，加熱形成自強(qiáng)化纖維和基質(zhì)纖維的混合棉條，通過(guò)扭旋法壓實(shí)并形成股。在這種情況下，通過(guò)熔融該熱塑性纖維組分并冷卻，生產(chǎn)線型連續(xù)產(chǎn)品。保留材料股上的扭旋，然后通過(guò)使用制粒機(jī)橫切材料線，將材料線切割成顆粒的長(zhǎng)度。DE 4419579A1描述了一種從纖維復(fù)合材料生產(chǎn)顆粒的方法，其中，將塑料顆粒進(jìn)料給擠出機(jī)，擠出機(jī)將其熔融，之后在下游加入切割的長(zhǎng)度均勻的玻璃纖維。然后從槽模擠壓出料團(tuán)，分段并切割成顆粒。所生成顆粒中纖維的含量比較低。所述已知的方法中沒(méi)有采用碳纖維，也沒(méi)有處理回收的纖維。日本專利文摘2005089515A描述了一種從纖維復(fù)合材料生產(chǎn)顆粒的方法，其中，采用部分橡膠處理含有酚醛樹(shù)脂和苯乙烯樹(shù)脂的熱塑性基體材料和碳纖維，生成顆粒，顆粒中碳纖維沿顆粒的長(zhǎng)度方向排列。碳纖維重量含量為5-30%。這里利用了碳纖維，其通過(guò)主要用于顆粒生產(chǎn)的常規(guī)方法生產(chǎn)；因此，其構(gòu)成了比較昂貴的原材料。而且，連續(xù)纖維用作起始材料，由于該原因，碳纖維的長(zhǎng)度是顆粒各自的長(zhǎng)度。

發(fā)明內(nèi)容
這是本發(fā)明的由來(lái)。本發(fā)明的目的是提供從上述類型的纖維復(fù)合材料中生產(chǎn)顆粒的方法，其中，廉價(jià)的、可得的碳纖維可用作強(qiáng)化纖維。本發(fā)明提供上述類型的方法，該方法具有主權(quán)利要求所要求保護(hù)的特征性特點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，從含碳纖維的廢料或用過(guò)的部件中分離碳纖維，然后與熱塑性基體材料一起平鋪，通過(guò)加熱壓縮成片材，然后冷卻并粉碎成顆粒、條或片。本發(fā)明的方法指的是比如形成自紡織品廢料、粘合或固化產(chǎn)品廢料、處理過(guò)的已用CFK部件等的不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物可用作強(qiáng)化纖維，借以提供便宜的原料，且可回收含于所述已用材料的碳纖維以作它用。由此，所述不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物處理成可灌注、可合適給料且可比如用作擠壓或注射成型的原材料的緊密結(jié)合形式。關(guān)于其中碳纖維被嵌入固態(tài)復(fù)合物中的碳廢料或浸潰粘合樹(shù)脂的已用部件或CFK部件或零件部件，碳纖維首先從不需要的基體物質(zhì)中脫離。為此，可采用熱解技術(shù)，比如，或·者用超臨界溶劑處理廢料。不連續(xù)的碳纖維是來(lái)自這些分離過(guò)程的產(chǎn)品。優(yōu)選地，通過(guò)在氣動(dòng)隨機(jī)鋪設(shè)工藝、梳理工藝、濕法鋪設(shè)工藝、紙生產(chǎn)工藝或作為松散式填料中的平鋪，生產(chǎn)出至少一層不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物。本發(fā)明的另一實(shí)施例中，與現(xiàn)有技術(shù)形成線型纖維棉條的情況不同，在絨毛形成單元直接將碳纖維處理成質(zhì)量均勻的薄纖維網(wǎng)，進(jìn)而形成平坦的、質(zhì)量均勻的含碳纖維層，其厚度和單位面積質(zhì)量都是可以調(diào)整的。根據(jù)本發(fā)明所用的碳纖維、碳纖維束或其混合物展現(xiàn)出3mm到150mm的平均纖維長(zhǎng)度，這是成網(wǎng)工藝的功能?？刹捎脻穹üに囂幚黹L(zhǎng)達(dá)IOmm的短纖維，可采用隨機(jī)鋪設(shè)工藝或梳理成片狀物以處理20mm到150mm范圍的較長(zhǎng)的纖維。在本發(fā)明的情況下，有多種優(yōu)選的混合碳纖維與熱塑性基體材料的可能。例如，在梳理單元的入口，碳纖維和熱塑性基體材料以纖維束混合物形式進(jìn)料，或作為單獨(dú)層進(jìn)料，然后在梳理機(jī)中均勻混合。當(dāng)采用濕法鋪設(shè)方法時(shí)，短碳纖維可與熱塑性顆粒、比如短纖維在濕法鋪設(shè)單元的超流體中進(jìn)行密切地預(yù)混合。例如，這樣的做法也是可行的至少一質(zhì)量均勻的熱塑性層可能以熔融物的形式與不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物的至少一質(zhì)量均勻?qū)咏佑|，其中，前者由至少一種熱塑性箔、纖維網(wǎng)層或絨毛層組成，后者通過(guò)層壓形成于上游的絨毛形成過(guò)程?？商娲氖牵勰┬问交蛑睆郊s5_以下的顆粒形式的熱塑性成分可應(yīng)用到至少一層不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或在該層中的不連續(xù)碳纖維和碳纖維束混合物上。例如，在形成層的過(guò)程中或之前，不連續(xù)纖維形式的熱塑性成分可密切、均勻地與碳纖維混合。上面例子的結(jié)果是形成了平坦的中間產(chǎn)品，該中間產(chǎn)品中，不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物與至少一熱塑性成分以確定的恒定重量比率松散地結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明，然后至少一熱塑性成分通過(guò)加熱過(guò)程而軟化或熔化，且碳纖維優(yōu)選通過(guò)平壓并冷卻成抗彎層或片以進(jìn)行強(qiáng)化，這樣，在接下來(lái)的粉碎過(guò)程之后，形成了可以灌注且適于注射成型和復(fù)合的顆粒。比如與處理熔融物浸潰和擠出的DE 4419579A1相比，所形成顆粒中的可調(diào)節(jié)纖維含量可調(diào)節(jié)到95%，顯著超過(guò)DE 4419579A1中記載的35%的極限，且因此可生產(chǎn)價(jià)格便宜的用于復(fù)合的顆粒形式的碳纖維濃縮物。
與熔融、粘合或軟化熱塑性材料的聚合物的百分比和類型一起，熱固結(jié)中的溫度和壓力決定了顆粒中所有成分的機(jī)械粘結(jié)性，進(jìn)而決定了對(duì)于注射成型或復(fù)合的適用性。本發(fā)明也涉及采用上述類型的方法生產(chǎn)的含碳纖維的顆粒，該顆粒中碳纖維的比例優(yōu)選為5%到95%范圍，優(yōu)選為10%到80%范圍，且其中顆粒的最大邊到邊長(zhǎng)度為3到25mm，優(yōu)選為5到10mm。優(yōu)選地，顆粒中的碳纖維、碳纖維束或其混合物不具有一致的纖維長(zhǎng)度，其部分不以無(wú)中斷的方式通過(guò)整個(gè)顆粒體。除了形成自含碳纖維廢料或用過(guò)部件的碳纖維、碳纖維束或其混合物，本發(fā)明的顆粒可含有比如一部分不連續(xù)原始產(chǎn)品(新產(chǎn)品)形式的碳纖維、碳纖維束或其混合物。除了碳纖維，該顆粒也包含比如不連續(xù)形式的其它強(qiáng)化纖維碎片，特別是對(duì)位芳綸、玻璃纖維、天然纖維、不熔的化學(xué)纖維和/或在比基體纖維更高的熔點(diǎn)下熔化的纖維。專用于生產(chǎn)可用的質(zhì)量均勻或體積均勻含碳纖維墊的技術(shù)取決于不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物的類型，而該類型主要取決于纖維長(zhǎng)度和纖維長(zhǎng)度的分布來(lái)使用。熟知的例子有干法技術(shù)，比如絨毛梳理，氣動(dòng)絨毛鋪設(shè)，采用長(zhǎng)度最高到約IOmm的纖維時(shí)采 用分散裝置、采用IOmm以上長(zhǎng)度中型纖維時(shí)采用進(jìn)料槽的松散式填料形式；以及濕法技術(shù)，比如濕法平鋪生產(chǎn)或造紙技術(shù)。對(duì)于長(zhǎng)度最大到約5_的極短纖維，采用粉末分散作為生產(chǎn)層的處理步驟，也是可行的。用于該方法的未加工碳纖維材料的實(shí)例如下-粉碎的原始纖維和/或粉碎的紗；-粉碎的和/或分解的鋪設(shè)物、機(jī)織物或編織物的殘留；-粉碎的和/或分解的絲狀廢料或殘余的纏繞材料；-粉碎的和/或分解的和/或熱或溶劑處理的預(yù)浸材料廢料；或-不連續(xù)碳纖維和/或不連續(xù)碳纖維束，如果需要，進(jìn)一步粉碎的和/或分解的含樹(shù)脂廢料，固化的CFK部件和/或用過(guò)的部件。取決于存在的碳纖維長(zhǎng)度，碳纖維可被直接進(jìn)料到層形成過(guò)程中，或?yàn)榱颂岣呒庸ば阅?，它們也可以進(jìn)一步粉碎和/或比如被提供有膠料、粘合物質(zhì)或其它添加劑或與之混合，其中，這些添加劑在后續(xù)的可塑體中是有效的，所述可塑體比如是阻燃劑、染料、不成形助劑或流變助劑。加入附加的功能纖維與碳纖維材料混合也是可行的，例如用以改變沖擊強(qiáng)度或提供機(jī)械強(qiáng)化，如對(duì)位芳綸、玻璃纖維、天然纖維、不熔的化學(xué)纖維和/或在更高的溫度下熔化的纖維。纖維混合物、如用于后續(xù)粘合的熱塑性纖維材料可以與其余纖維進(jìn)行密切而均勻地混合，這可在層形成之前在獨(dú)立處理步驟中進(jìn)行，比如采用紡織纖維混合帶進(jìn)行混合，或在層形成期間直接混合，比如在梳理機(jī)中。如果采用體系混合，則各纖維成分作為纖維網(wǎng)或絨毛帶比如以不同層的形式不混合地放置于彼此。在這里重要的一點(diǎn)是，熱塑性固化之后，該熱塑性粘合成分有效地滲透所有層以確保將所有層緊密粘合在一起。通過(guò)將所有成分均勻混合在一起，比如通過(guò)使薄層與熱塑性和強(qiáng)化成分交替，或者比如通過(guò)針縫過(guò)程使熱塑性粘合纖維針密集地針縫穿過(guò)碳纖維層，可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。有薄層或良好滲透性，有熱塑性熔化物，夾層是合適的，其中該不熔成分設(shè)置為夾層結(jié)構(gòu)的核?，F(xiàn)有技術(shù)中為人熟知的各種熱塑性塑料基體可用作該熱塑性粘合成分。其包括從低熔點(diǎn)聚乙烯到聚丙烯、聚酰胺直到高熔點(diǎn)熱塑性塑料如PEEK或PEI的范圍內(nèi)的物質(zhì)。熱固結(jié)參數(shù)如溫度、停留時(shí)間、壓力和惰性氣氛的任何應(yīng)用，必須與聚合物的特性相匹配?？梢圆捎玫臒崴苄哉澈蟿┏煞值男问桨◤男☆w粒如粉末到短纖維、紡織纖維、絨毛或纖維層、旋壓鋪設(shè)材料和聚合物熔體的箔片。取決于不連續(xù)碳纖維與平坦層中熱塑性粘合劑的組合，其中碳纖維與熱塑性塑料的重量比例盡可能恒定，加熱該層壓品以使得該熱塑性成分軟化或熔化。然而當(dāng)采用聚合物熔體時(shí)，這一步會(huì)是非必要的。這種情況下，它可以比如借助于寬模應(yīng)用至碳纖維層，然后壓縮，然后冷卻，并且在施加或不施加另外的外部機(jī)械壓力的情況下強(qiáng)化。熱塑性成分的比例決定了片狀物的可壓縮性和后續(xù)可獲得顆粒的機(jī)械穩(wěn)定性。該熱塑性塑料含量的比例的下限優(yōu)選為約5%，而為實(shí)現(xiàn)可靠的強(qiáng)化效果，碳纖維和熱塑性成分應(yīng)盡可能均勻、密切地進(jìn)行混合。對(duì)于夾層過(guò)程，約15%到25%的最小比例有利于獲得具有良好凝聚性的后續(xù)顆粒。如果形成的顆粒要用于復(fù)合，那么出于經(jīng)濟(jì)原因考慮，優(yōu)選采用 高的碳纖維含量和盡可能低的粘合劑聚合物含量。如果顆粒要被直接注射成型為部件，所用的該熱塑性聚合物的比例優(yōu)選大于50%，通常為70%到90%。熱塑性成分的比例可例如用于在大范圍內(nèi)改變顆粒的硬度。該范圍從緊湊無(wú)孔狀態(tài)到增加孔隙率到熱固結(jié)低密度纖維絨。除了所用的碳纖維材料，也可用不連續(xù)形式的其它纖維材料。以與碳纖維成分類似的方式，這些材料可通過(guò)在層形成過(guò)程之中或之前借助于纖維混合過(guò)程加入，或在層壓該材料時(shí)作為獨(dú)立的體系成分加入。然后以確定的方式粉碎該熱固結(jié)片狀物?？梢岳帽热缒Ｇ羞^(guò)程、梳切割技術(shù)或兩重力切削機(jī)的組合，實(shí)施上述粉碎。顆粒尺寸取決于復(fù)合機(jī)或注射成型機(jī)的參數(shù)，優(yōu)選地，通常不超過(guò)15mm的最大直徑。易加工的顆粒可比如具有5到IOmm的最大邊長(zhǎng)。該顆粒不必須具有規(guī)律的或一致的形狀。該顆粒的厚度是最不重要的。關(guān)于良好的凝聚性，很厚的重顆粒必須具有比薄的片狀顆粒高的最小熱塑性塑料比例，原因在于，薄的片狀顆粒質(zhì)量較小而可耐受給料或混合時(shí)較小的慣性力，不會(huì)被破壞。該碳顆粒的應(yīng)用范圍優(yōu)選包括用于生產(chǎn)熱塑性結(jié)合纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)的復(fù)合和注射成型。特低熔點(diǎn)的粘合劑成分的其它應(yīng)用領(lǐng)域的例子是彈性體或橡膠強(qiáng)化物，或在硬質(zhì)體基體中用作低度強(qiáng)化的顆粒，比如在混合過(guò)程中，該粘合劑成分在硬質(zhì)體中再度分解以釋放碳纖維，使得其能夠在硬質(zhì)體基體中合適地分布。從屬權(quán)利要求中限定的特征優(yōu)選涉及本發(fā)明主題的進(jìn)一步實(shí)施例。從下面的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)勢(shì)將變得顯而易見(jiàn)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將通過(guò)具體實(shí)施例更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，這些示例僅是作為示例，本發(fā)明絕不受限于這里所描述的具體措施和參數(shù)。實(shí)施例I將纖維/纖維混合物加工成用于注射成型的顆粒。為生產(chǎn)用于注射成型的含碳纖維的顆粒，使用從平均纖維長(zhǎng)度40mm的100%織物碳廢料和標(biāo)準(zhǔn)3.3纖度(dteX)、60mm PA6短纖維紡織品獲得的碳纖維作為原料。通過(guò)使用符合紡織工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的混合機(jī)床和后續(xù)開(kāi)幅機(jī)，以70%PA6和30%回收碳纖維(RCF)的重量比例，將兩種材料在一起密切混合以形成所謂束混合物。然后，該纖維混合物通過(guò)梳理單元，并且用具有70/30的PA6/RCF的纖維混合物產(chǎn)生的、均質(zhì)單位面積質(zhì)量為35g/m2的平坦梳理網(wǎng)經(jīng)由交叉成卷機(jī)制成雙層以形成單位面積質(zhì)量為260g/m2的多網(wǎng)層壓物，然后采用25針腳/cm2的針進(jìn)行強(qiáng)化處理，這樣，一方面絨毛容易在后續(xù)過(guò)程中處理，另一方面針腳密度不是太高，以便在絨毛中獲得盡可能長(zhǎng)的碳纖維。單位面積質(zhì)量為約250-260g/m2的10個(gè)這樣的針絨以30Cmx30Cm片的形式疊加于彼此，然后用多層壓機(jī)在240° C下維持50巴(bars)的壓強(qiáng)100秒以進(jìn)行壓縮，然后冷卻。用剪床從生成的片材中除去仍然未強(qiáng)化的軟邊。接著，在帶有6. 3mm的切口的彼雷特(Pierret)重力刀機(jī)器上粉碎該片材,首先沿長(zhǎng)度方向切割成條，然后重新放置該條，并且被橫切成邊長(zhǎng)在4到IOmm范圍內(nèi)的條狀顆粒，該范圍取決于目標(biāo)切口精度。這些顆粒形狀不規(guī)則；理想地呈方形，但大部分是不規(guī)則的細(xì)長(zhǎng)矩形或多邊形直到不規(guī)則的三角形。這些形狀由所采用的用于片狀物的粉碎技術(shù)造成，并且對(duì)于在注射成型中的應(yīng)用并非最重要的。更重要的是，不存在會(huì)阻塞下游單元中的橫向進(jìn) 料斗的過(guò)大尺寸的顆粒。因此,如此生產(chǎn)出的這些顆?？稍谧⑸涑尚蜋C(jī)中直接加工成FVW。
實(shí)施例2 將平坦體系混合物加工成用于復(fù)合的顆粒。通過(guò)使用交叉成網(wǎng)機(jī)和下游針織機(jī)，在梳理單元上從100%標(biāo)準(zhǔn)3. 3纖度(dtex)、60mm PA6短纖維紡織品生產(chǎn)單位面積質(zhì)量為180g/m2的兩絨毛網(wǎng)。僅用上述的12針腳/cm2輕微針縫所述兩絨毛網(wǎng)。下一步，利用特別適用于處理碳纖維的梳理技術(shù)將從平均纖維長(zhǎng)度40mm的100%織物廢料形成的回收碳纖維加工成勻質(zhì)單位面積重量為30g/m2的平坦梳理網(wǎng)，從梳理機(jī)中得到的網(wǎng)通過(guò)交叉成網(wǎng)機(jī)相對(duì)其以90°角度進(jìn)行連續(xù)鋪設(shè)并疊加，從而鋪設(shè)成780g/m2的單位面積質(zhì)量。在鋪設(shè)的網(wǎng)和要疊加的碳纖維層之間是預(yù)先制備的針絨網(wǎng)，以便將碳纖維層置于PA6針絨之上。進(jìn)入下游的針織機(jī)之前，180g/m2的第二 PA6針絨被翻轉(zhuǎn)作為覆蓋層，從而生成180g/m2PA6-針絨-780g/m2RCF_網(wǎng)層-180g/m2PA6針絨夾層。該夾層從上到下被以25針腳/cm2縫牢。該針織過(guò)程意味著該P(yáng)A6覆蓋層的一部分被針縫通過(guò)RCF層，這樣就出現(xiàn)了 PA6和RCF層的一定量的半混合，這對(duì)后續(xù)的熱固結(jié)具有積極效果。所得到的具有PA6外層和RCF核的針絨以30cmX30cm片的方式放置于彼此，然后應(yīng)用多層壓機(jī)在240° C下維持50巴(bars)的壓強(qiáng)100秒以進(jìn)行壓縮，然后冷卻。用剪床從生成的片材中除去仍然未強(qiáng)化的軟邊。接著，在切口 9. 8mm的彼雷特(Pierret)重力刀機(jī)器上粉碎該片材，首先沿長(zhǎng)度方向切割成條，然后重新放置該條并橫切成邊長(zhǎng)在7到14_范圍內(nèi)的條狀顆粒，該范圍取決于目標(biāo)切口精度。這些顆粒形狀不規(guī)則，理想地呈方形，但大部分是不規(guī)則的細(xì)長(zhǎng)矩形或多邊形直到不規(guī)則的三角形。這些形狀由所采用的用于片狀物的粉碎技術(shù)造成，對(duì)于在注射成型中的應(yīng)用并非最重要的。更為重要是，不存在會(huì)阻塞下游單元中的橫向進(jìn)料斗的尺寸過(guò)大的顆粒。因此，這樣生產(chǎn)出的這些顆粒可在擠壓機(jī)中加工成含碳纖維的10%RCF纖維比例的注射成型顆粒。


下面將通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖描述在本發(fā)明情況下可以采用的梳理機(jī)的工作原理。圖I是根據(jù)本發(fā)明的梳理單元的原理的簡(jiǎn)單圖解，該梳理單元適用于比如生產(chǎn)含有但不限于碳纖維的纖維網(wǎng)。該圖解顯示，進(jìn)入該梳理機(jī)單元(左邊)的至少一纖維層10首先通過(guò)橫向進(jìn)料輥I和2到達(dá)以與橫向進(jìn)料輥相反方向旋轉(zhuǎn)的刺輥3之上。傳送輥4在刺輥3和以與刺輥3相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓5之間,所述傳送棍4以與刺棍3和鼓5相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。鼓5的周邊上是各種工作器6和轉(zhuǎn)動(dòng)器7，所述工作器6和轉(zhuǎn)動(dòng)器6處于周邊上的不同位置。這些裝置用以在該梳理機(jī)單元內(nèi)將進(jìn)來(lái)的纖維層10分解成單纖維，然后再改造成具有確定的單位面積質(zhì)量的質(zhì)量均勻的薄纖維網(wǎng)。優(yōu)選該纖維變成沿其長(zhǎng)度方向排列。以與鼓5相反方向旋轉(zhuǎn)的開(kāi)卷卷筒8位于鼓5之后，開(kāi)卷卷筒8具有定位于其下游側(cè)的梳刀9。從開(kāi)卷卷筒8上取下連續(xù)網(wǎng)形式的纖維網(wǎng)11，纖維網(wǎng)11具有比如大約80g/m2的最大單位面積質(zhì)量，優(yōu)選大約60g/m2的最大單位面積質(zhì)量，以及比如纖維長(zhǎng)度方向約15-30g/m2的單位面積質(zhì)量。附圖標(biāo)記列表I橫向進(jìn)料輥 2橫向進(jìn)料輥3 刺輥4傳送輥5 鼓6工作器7轉(zhuǎn)動(dòng)器8開(kāi)卷卷筒9 梳刀10進(jìn)入纖維層11纖維網(wǎng)
權(quán)利要求
1.一種用于從纖維復(fù)合材料生產(chǎn)顆粒的方法，所述纖維復(fù)合材料適于用塑料加工方法進(jìn)一步處理，其中，所述顆粒包含碳纖維和至少一種熱塑性基體材料，其特征在于，碳纖維、碳纖維束或其混合物從含有碳纖維的用過(guò)的部件或廢料中分離，它們與熱塑性基體材料一起被平鋪，使用熱壓縮成片材，然后被冷卻并粉碎成顆粒、條或片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于生產(chǎn)從纖維復(fù)合材料形成的顆粒的方法，其特征在于，最初，通過(guò)在氣動(dòng)隨機(jī)鋪設(shè)工藝、梳理工藝、濕法鋪設(shè)工藝、紙生產(chǎn)工藝中或借助于松散式填料平鋪不連續(xù)碳纖維，來(lái)生產(chǎn)出至少一層不連續(xù)碳纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，使用的碳纖維、碳纖維束或其混合物的平均長(zhǎng)度為3mm到150mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，進(jìn)入梳理單元的纖維層被直接處理成質(zhì)量均勻的薄纖維網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述梳理單元的入口處，不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物和熱塑性纖維作為單獨(dú)層分別進(jìn)料，然后在所述梳理機(jī)中混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包含至少一種熱塑性箔、纖維網(wǎng)層或絨毛層的至少一個(gè)熱塑性層與至少一層不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物接觸，其中所述至少一個(gè)熱塑性層如果需要可采用熔融物的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至3中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，粉末形式的或作為直徑小于約5mm的顆粒的熱塑性成分被施加到至少一層不連續(xù)碳纖維、碳纖維束或其混合物，或被浸入到這樣的層中，并且加熱該布置結(jié)構(gòu)，或者熔融物形式的所述熱塑性成分與至少一層不連續(xù)碳纖維接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至5中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在形成層之前或在形成層過(guò)程中，不連續(xù)纖維形式的熱塑性成分密切、均勻地與碳纖維、碳纖維束或其混合物混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至5中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，單獨(dú)成分，即碳纖維、碳纖維束或其混合物、熱塑性基體纖維以及具有不同構(gòu)成的任何其它纖維每個(gè)均作為纖維網(wǎng)或絨毛網(wǎng)以不同層不混合地進(jìn)料，并且被平鋪在彼此之上，并且，采取措施確保所述熱塑性基體成分有效地滲透所有層并且確保熱固結(jié)后所述層被緊密粘合在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了將從廢料或用過(guò)的部件形成的碳纖維、碳纖維束或其混合物從不想要的基體物質(zhì)中分離，采用熱解技術(shù)或用超臨界溶劑處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中一項(xiàng)生產(chǎn)的含碳纖維的顆粒，其特征在于，所述顆粒中碳纖維、碳纖維束或其混合物的比例的范圍在5%到95%，優(yōu)選地范圍在10%到80%，并且其中所述顆粒的最大邊到邊長(zhǎng)度為3到25mm，優(yōu)選地為5到10mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的含碳纖維的顆粒，其特征在于，所述顆粒中包含的碳纖維、碳纖維束或其混合物不具有一致的纖維長(zhǎng)度，并且所述碳纖維、碳纖維束或其混合物的部分不以無(wú)中斷的方式通過(guò)整個(gè)顆粒體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的含碳纖維的顆粒，其特征在于，除了從含碳纖維廢料或用過(guò)的部件形成的碳纖維、碳纖維束或其混合物外，所述顆粒還包含一部分不連續(xù)原始產(chǎn)品(新產(chǎn)品)形式的碳纖維。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中一項(xiàng)所述的含碳纖維的顆粒，其特征在于，除了碳纖維、碳纖維束或其混合物外，所述顆粒還包含不連續(xù)形式的強(qiáng)化纖維，特別是對(duì)位芳綸、玻璃纖維、天然纖維、不 熔的化學(xué)纖維和/或具有比基體纖維的熔點(diǎn)高的熔點(diǎn)的纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從纖維復(fù)合材料生產(chǎn)顆粒的方法，纖維復(fù)合材料適于用塑料加工方法進(jìn)一步處理，所述顆粒包含單碳纖維、碳纖維束或其混合物和至少一種熱塑性基體材料。該方法特征在于，碳纖維、碳纖維束或其混合物從含碳纖維的用過(guò)的部件或廢料中分離出來(lái)后，與熱塑性基體材料一起平鋪，通過(guò)熱效應(yīng)被壓縮成片材，然后被冷卻并粉碎成顆粒、條或片。根據(jù)本發(fā)明的該方法能夠使用碳纖維作為強(qiáng)化纖維，該碳纖維比如來(lái)自紡織品廢料、粘合或固化的產(chǎn)品廢料、來(lái)自處理過(guò)的CFRP廢料成分等，從而提供廉價(jià)的原材料，并且所述廢料中含有的碳纖維被回收利用。最終的碳纖維、碳纖維束或碳纖維和碳纖維束的混合物被處理成可灌注且易于計(jì)量的形式，并且可用作比如擠壓或注射成型的原材料。
文檔編號(hào)B29B9/04GK102869481SQ201180010118
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日
發(fā)明者杰拉爾德·奧特萊普, 雷娜特·勒茨肯道夫, 托馬斯·羅伊斯曼 申請(qǐng)人:西格里汽車碳素纖維有限兩合公司