专利名称：柔软的多股预浸渍纱、用其制成的产品及制备方法
技术领域：
本发明涉及柔软的多股预浸渍纱，用其制作的产品，以及制备方法。更具体地说本发明涉及一种非常柔软的多股预浸渍纱，该纱适合于纺织、编织等，由这种纱生产的产品以及制备这种纱的方法。这种柔软的多股预浸渍纱可加工成一种柔软的形状和尺寸准确均匀的多股预浸渍纱带，用于长丝缠绕、挤拉及类似的生产工艺，这种多股预浸渍纱也可加工成一种无纺预浸渍纱的织物，再进一步加工成多维织物，预成型制品和复合材料结构。这种预浸渍纱还可由连续纤维或长丝结合以含有部分回收塑料的基体树脂。
由纤维或长丝和基体树脂结合在一起做成的预浸渍纱，工艺上是周知的，通常称做“预浸渍料”。预浸渍纱是预浸渍料中的一种。通常的预浸渍纱是由数百根或数千根纤维或长丝被夹裹在连续的树脂基体中而做成。通常使用的增强纤维均有市售，一般是由连续长丝并成股，称之为“纱”。每股纱中长丝数量变化很大。基体树脂也有很多种类，但目前主要有两种树脂为主，即热塑性塑料和部分固化的热固性聚合物。
热塑性聚合物在预浸渍料和其它复合材料制品中已广泛使用，并也将可能在航空领域和其它高等复合材料中使用。比较起热固性材料来，热塑性塑料在断裂韧性、冲击强度以及耐腐蚀等方面更具优越性。热塑性塑料做成的预浸渍料可以有无限长的储存期，保证后加工的质量，并解决了热固性预浸渍料的储存和冷冻的问题。热塑性预浸渍料比多数热固性预浸渍料的刚性交联网络更加坚韧。很少热固性材料能够满足使用在航空领域中的复合材料所要求的耐破坏性和湿热压缩强度。热塑性聚合物在用作复合材料基体树脂时，由于其熔体粘度很高，很难均匀地涂覆在纤维表面。一般情况下，热塑性预浸渍料都很硬挺，不大适合于纺织、编织或铺制成预成型制品，用它所做成的织物非常僵硬。同样，在采用这种硬挺的热塑性预浸渍料进行长丝缠张或制备形状复杂的制品时也很困难。在铺制过程中，必须在接触点上集中加热才能使预浸渍材料与模具相服贴。
热固性聚合物也用作预浸渍料的基体树脂。使用热固性预聚体做成的预浸渍料尽管也比较柔软，但通常都很粘，需使用一层保护性剥离涂层。这层剥离涂层在预浸渍料使用之前一定要除去。尽管热固性预浸渍料可在某些场合中使用，比如长丝缠绕，但由于它发粘，要使用保护性剥离涂层，因此不能用于纺织、编织，也不能用于散状或片状模塑料中的断切纤维的原料。
预浸渍纱还有其它两种类型，一是金属基体的预浸渍纱，它同热塑性预浸渍纱相似;一是部分固化的陶瓷预浸渍纱，它同热固性预浸渍纱相似。由于金属和陶瓷复合材料的使用市场有限，这两种预浸渍纱一般无货供应，并且在生产技术开发中也未受到重视。金属和陶瓷预浸渍料可以用类似于热塑性和热固性预浸渍料的加工方式进行生产。
连续纤维的预浸渍料可用多种浸渍方法生产，包括热熔融法，溶液法，乳液法，悬浮液法，表面聚合法，纤维交混法，薄膜交织法，电镀法和固体粉末法。
热熔融工艺是将纤维和树脂在高剪切率下强行通过一个高湿模具来达到浸渍。由于温度很高，热塑性塑料有可能会降解，这个工艺方法的其它缺点是纤维纱受到的应力很大，另外浸渍热塑性塑料很困难。
溶液涂覆法是将树脂基体材料溶解在溶剂中，然后让纤维通过此溶液，再干燥除去溶剂。这个工艺有两个缺点，一是热塑性塑料的溶解度在高浓度时有限，且多数工程热塑性塑料在室温下不溶于低沸点的溶剂。另外，同热熔融法遇到的问题一样，很高的溶液粘度使得浸渍很困难，也会使纤维粘在一起。这个工艺的另一问题是难以除去溶剂，预浸渍料中残余的溶剂会导致复合材料中所不希望的孔隙。
乳液法采用表面活性剂，将树脂制备成一种水乳液，从而把颗粒度很小的粉末状基体材料涂覆到纤维表面。这个工艺的缺点是很难将表面活性剂从最后的预浸渍纱中除去。
悬浮液涂覆法，也叫做湿粉末法。这个方法不用溶剂，旨在解决多数热塑性塑料在室温下不溶解于溶剂的问题。在此方法中，粉末树脂悬浮在通常是水的液体媒质中，树脂在液体媒质中并没有溶解，使纤维束通过此悬浮液中。粒状的基体树脂悬浮体并不会浸润纤维表面，要用较高的压力才能使树脂和纤维固结，制成复合材料。这种预浸渍料一般都很粘，所以不适合纺织或编织。这个工艺的另一缺点是必须要除去液体媒质，和在制备聚合物/液体胶体时所使用的易挥发物质、悬浮剂或表面活性剂。另外，悬浮液如果搅拌不良，则可能引起颗粒凝结，在加工过程中会出现聚合物粒子下沉。
在乳液或悬浮液涂覆工艺中，悬浮体或乳胶体的粒子尺寸要比纤维直径小才能达到紧密混合。对于很多无法用乳液聚合或悬浮聚合制备的热塑性塑料要做成如此细的粉末是非常困难的。粒子的尺寸增加，则混合的质量降低，从而造成在固结后的复合材料中，基体树脂分散不好，复合材料性能低劣。
在表面聚合法中，聚合物基体材料在纤维基底上聚合而涂覆上去。这个工艺的缺点是需要除去溶剂，阻聚剂或聚合反应副产物等物质。表面聚合只能采用一些特殊的技术来实现，例如电化学聚合。很多具有商业价值的聚合物材料不能采用此法生产。
在纤维交混法工艺中，聚合物基体材料做成纤维状，然后与增强纤维在干燥的情况下混编在一起。直到复合材料固结时，这些聚合物基体纤维才通过某种方法，比如溶融而浸润到增强纤维表面。浸润的效果取决于整个制品当中树脂与纤维的交混程度。由于这种交混物中树脂基体没有浸润增强纤维，在相同的加工时间和温度下，这种纱需要有比完全润湿的预浸渍纱更高的压力才能固结成复合材料。
薄膜浇铸的方法可解决热塑性聚合物在热融法中所遇到的一些问题。这种方法是将用热熔法或溶液法浇铸而成的基体材料的薄膜铺放在纤维上面。纤维被夹在两层薄膜当中，然后加热、压延，从而将树脂压入到纤维中去。
美国塞南米德公司(American Cyanamid)采用电镀法制备出一种柔软的金属基体预浸渍纱。该纱中每根纤维均被金属基体充分浸润，均匀涂覆。这种预浸渍纱具备纺织、编织、长丝缠绕、以及制成散状或片状模塑料所要求的各种性能。另外，这种预浸渍纱不用高压就可固结。可是电镀方法的缺点是可用来进行电镀的原料种类有限。多数具有价值的陶瓷或聚合物材料均不能电镀在增强纤维表面。另外，由于长丝或纤维本身在此方法中用作电极之一，它必须能导电，因此玻璃纤维或有机纤维就无法进行电镀。
纤维纱的固体粉末涂覆法是生产预浸渍料的一种最新方法。此法的主要优点是不用任何溶剂，在加工过程中也不要引入很大的应力。在多数采用此方法的场合中，最终目的都是要有效地形成一层很薄的厚度均匀的高质量涂层。形成粉末状的树脂在环境(温度)或较高的存储温度下必须能够维持固体状，当加热时，能够熔融成低粘度流体，渗透到纤维纱当中去。干燥粉末涂覆法有很多优越性。它不用溶剂或水，不潮湿，从而有助于涂覆材料的回收使用。这一点在经济上很有好处，使得粉末有可能达到100%的利用率。另外此法不用昂贵的溶剂，减少了溶剂的挥发和浪费。正是主要由于这些潜在的优越性，粉末涂覆法得到了开发和进一步的发明。
另一种粉末树脂基体涂覆纤维的方法是奥托凯姆公司(Atochem)发明的，即首先用干燥的热塑性聚合物粉末涂覆纤维，然后再将其用热塑性材料包裹起来。但在这个过程中，由于树脂基体没有熔融，只有部分同包皮直接接触的纤维被树脂浸润。同被树脂完全浸润的预浸渍纱相比，在其它相同的加工条件下，这种预浸渍纱要采用更高的压力才能固结。另外，类似于悬浮液涂覆，这个工艺需要使用粒度很小的粉末，一般小于20微米。要将热塑性聚合物加工成如此细微的粉末，成本很高。
预浸渍纱中的树脂基体的体积含量一般要超过25%才能固结，形成无空隙的复合材料结构。如果树脂含量低于25%，则在固结过程中还要另外再加入树脂。预浸渍纱是一维线状的，但通过纺织，编织，去丝缠绕和其它一些加工方法，可转变成二维和三维结构的产品。另外，预浸渍纱还可通过切割或其它方式制成不连续的纤维增强的用于模塑工艺的原材料。
本发明中的基本预浸渍纱的最小弯曲半径不超过15毫米，每股纱的平均厚度不超过100微米，因而适合于纺织，编织，长丝缠绕，以及进一步加工成各种有用的形状和结构。纺织和编织工艺，要求每股纱的厚度不超过上述限制。但如果组成预浸渍纱的各股纱之间不相互牵制，那么预浸渍纱的尺寸就不必受到约束。预浸渍纱中的各股是整体预浸渍纱中的一个分割的单元，它远比预浸渍纱整体固结得多。股与股之间分开的距离至少是各股厚度的30倍。它们既不发粘，又相互分开，因而可在很大程度上独立地进行柔性变形。
本发明中的基本多股柔软预浸渍纱通过以下三个步骤制备而成(1)增强长丝束向侧面分散开，让所有纤维或长丝均暴露在周围环境之中，(2)树脂基体与分散开的长丝接触，产生界面粘结，(3)在树脂基体凝固成不粘乎状态之前，预浸渍纱中的各股纱保持相互分开，从而阻止股与股之间有明显的粘并。如此形成的基本预浸渍纱可再进一步加工成各种有用的制品。
本发明中的多股柔软预浸渍纱带通过以下三个步骤制备而成(1)增强长丝来向侧面分散开，让所有纤维或长丝均暴露在周围环境之中，(2)树脂基体与分散开的长丝接触，产生界面粘结，(3)涂覆过的纤维纱束在餐力作用下形成一定的形状，从而制成一定尺寸的柔软的带子。
本发明中的多股柔软预浸渍纱无纺布是通过以下四个步骤制造而成(1)增强长丝束向侧面分散开，让所有纤维或长丝均暴露在周围环境之中，(2)树脂基体与分散开的长丝接触，产生界面粘结，(3)在树脂基体凝固成不粘手状态之前，预浸渍纱中的各股纱保持相互分开，从而阻止股与股之间有明显的粘并，以形成预浸渍纱织物的基布，(4)采用叠加、点连接或针刺等连接方式将预浸渍纱基布制成无纺布。
本发明中由回收塑料组成的树脂基体所做成的柔软预浸渍纱采用以下三个步骤制备(1)增强纤维或长丝的基质向侧面分散开，让所有纤维或长丝均暴露在周围环境之中，(2)由回收塑料组成的树脂基体与分散开的纤维或长丝接触，产生界面粘结，(3)在由回收塑料组成的树脂基体凝固成不粘手状态之前，相邻的纤维或长丝之间保持侧面分开，从而阻止相互之间的明显粘并。
基本预浸渍纱的制备方法如下。作为原料的纤维纱由很多长丝组成，它们被分散开，造成长丝之间的相互分离。树脂基体材料然后涂覆在这些分散开的长丝表面。当足够的涂覆量达到以后，树脂液化，从而形成被树脂充分润湿的长丝。随着液化的树脂基体沿着纤维铺散开来，树脂基体的厚度变薄，最后树脂薄膜在长丝之间破裂。如果纤维纱充分分散，并一直维持此分散状态，则树脂液膜在凝固时，将在长丝之间破裂。涂覆过的长丝，不论是以单根纤维涂覆的，还以是纤维束涂覆的，然后都冷却下来，树脂基体凝固。在此过程中，长丝分成小股。有时一些长丝会连接在相邻的两股纱之间，成为股间连结体。各个纱股不停地受到拉力，从而使纤维纱连续向前运动，同时也使长丝受到一轴向张力，而不致于自我松弛，从而形成一块长丝和基体材料的结合体。浸好的纱股可以并结在一起以形成各种厚度的预浸渍纱，它们可再用来缠绕，做成带状或纺织品，或按需要做进一步的加工。
本发明中的柔软的多股预浸渍纱带的特点是具有一定的宽度和厚度。通常用纤维纱股做成的柔软的多股预浸渍纱没有确定的几何尺寸，使得用这种预浸渍纱加工成尺寸精密的高质量制品往往很困难。本发明中的这种柔软的多股预浸渍纱带具有一定的几何尺寸，可适合于长丝缠绕，先进的纤维束铺放工艺和挤拉。
本发明用来生产这种柔软的预浸渍纱带的装置的第一个实施例是采用两个相匹配的辊子，一个辊子表面下凹，另一个辊子表面上凸;或者一个辊子表面刻有凹槽，而另一辊子则表面上带有与其相配的凸块。当柔软的多股预浸渍纱通过两个辊子之间几何形状一定的空隙时，就形成了该几何尺寸的预浸渍纱带。在第二个实施例中的装置是独立地采用一个表面下凹的辊子。当柔软的预浸渍纱在张力下通过此辊子外圆的某一部分时，张力和辊子的下凹形状共同作用，迫使柔软的多股预浸渍纱逐渐移向辊子凹面的最低处，从而形成一个具有适当的几何形状的带子。
本发明中的柔软的多股预浸渍纱的无纺的织物可以用来生产成本低廉的二维织物，而它又可用作原料再进一步加工成二维和三维的织物、预成型物和各种复合材料结构。因此，采用本发明中的柔软的无纺织物所生产的产品要比用柔软的多股预浸渍纱所生产的编织物和纺织物便宜。采用本发明的技术，用室温下为固体状的树脂基体做成的织物可以是很柔软的，而用常规技术的生产的织物则是硬挺的。本发明中柔软的多股预浸渍纱可用来生产柔软的多股预浸渍纱的无纺织物，这种织物使用固体树脂基体，既柔软且纤维表面浸渍良好。采用双纤维结构，即树脂基体和增强材料同为纤维状，比如交混纱，交混编织，或用纤维、树脂交替铺放的结构所做成的纺织物，一般来说也是很柔软，但却不具备象本发明的织物中表现出树脂对纤维的浸渍，因而在固结过程中，这种双纤维结构就需要采用更加苛刻的加工条件。
本发明中的这种织物的制备是将组成柔软的多股预浸渍纱的相互之间连接着的各纱股的各纤维相互铺叠，连在一起而成。本发明是倾向于将两股或多股预浸渍纱铺叠在一起，形成重量约为50克/平方米到500克/平方米的织物，最好约为150克/平方米到350克/平方米。适合于将多股预浸渍纱连接在一起的方法有很多种，本发明倾向于使用热融点连接和针脚式线连接。典型的做法是将铺叠在一起的多股预浸渍纱在选择好的地方加热熔融，这样既可将预浸渍纱连接在一起，同时又保持了它们原有的柔软性。其它适合的连接技术包括有针刺法，纤维相互缠结法以及局部加压法。
用回收塑料做成的预浸渍料中的树脂基体含有大量的回收废塑料，但也会含有一些未用过的新塑料。尽管各种塑料都可用作这种预浸渍料的基体树脂，但热塑性塑料更为合适。回收的塑料首先被切短，磨成粉末。如果回收料中混杂有各种不同的塑料，则要采用密度分离法将它们部分净化，然后用此粉末涂覆并熔融到增强纤维表面做成预浸渍纱。用这种预浸渍纱制成复合材料结构的方法同一般预浸渍纱相同。使用的增强纤维可以是各种形式，如网格布，纺织物或纤维纱。增强纤维可以以纺织布或分散的纤维纱的形式来进行表面涂覆。如果使用纤维纱，一般做成多股预浸渍纱，它们可用于纺织、编织、去丝缠绕、制带、制无纺布，等等。
本发明的主要目的在于生产一种柔软的多股预浸渍纱，适合于纺织、编织、长丝缠绕、挤拉、制带、无纺织物，还可加工成散状模塑料的原料。
本发明的第二个目的是能够使用多种纤维和基体的树脂来生产具有商业价值的预浸渍纱。
本发明的第三个目的是生产一种柔软的预浸渍纱，这种预浸渍纱中含有足够数量的长丝，适合于经济地制备各种复合材料结构。
本发明的第四个目的是生产一种纤维被充分浸润的预浸渍纱，因而在复合材料固结过程中，不需使用过高的压力去使增强纤维充分浸润。
本发明的第五个目的是能在很高的速率下生产预浸渍纱，因而可以减少生产过程中树脂的固化或固化阶段的升级。
本发明的第六个目的是采用价格便宜的粗粒状的树脂基体来生产预浸渍纱，树脂粒度可比纤维直径大两倍以上，短纤维状树脂也可使用。
本发明的第七个目的是采用各种纤维和基体树脂生产具有商业价值的预浸渍纱带。
本发明的第八个目的是生产一种柔软的预浸渍无纺布，可适用于挤拉，长丝缠绕，或做成散状模塑料的原料，或做成各种预制品和复合材料结构。
本发明的第九个目的是生产一种柔软的预浸渍无纺织物，其中含有足够的长丝，适合于经济地生产二维和三维的预制品和复合材料结构。
本发明的第十个目的是生产一种无纺预浸渍织物，它可采用类似于粘性的热固性预浸渍带的加工方法铺制成高级复合材料结构。
本发明的第十一个目的是生产一种无纺预浸渍织物，可用来制备树脂传递模塑工艺中使用的预制品，比如管状预制品，它可采用滚管方式制作。
本发明的第十二个目的是生产一种预浸渍纱，其中纤维或长丝基质上涂覆的基体树脂主要是由回收塑料组成。
本发明的第十三个目的是生产一种预浸渍纱，它采用价格低廉的废料作为基体材料。
本发明的第十四个目的是提供一种生产方法，可使用对加工设备或对最终产品危害很小的原料作为基体树脂来生产预浸渍纱。
本发明的最后的一个目的是采用部分混杂了的或被污染了的树脂，不用净化而直接用来生产预浸渍纱，其最终的复合材料性能仍能达到要求。
下面将通过附图和详细的解释进一步描述上述的各个目的以及其它一些虽未列出，但内行人可以很容易推导出来的目标。
图1是本发明中用于生产多股柔软预浸渍纱的总的工艺流程图解;
图2表示本发明的基本的柔软预浸渍纱中的纱股;
图3是一般的预浸渍纱(图3a)与本发明的预浸渍纱(图3b)的对比;
图4表示本发明的预浸渍纱中，增强长丝表面上的树脂基体固化以后各股的情况。图4a为合股之前，图4b为合股之后;
图5是本发明中树脂基体材料在增强长丝表面上熔融过程的说明。图5a是长丝受到侧面约束时的情况，图5b是不受侧面约束时的情况，图5c是树脂基体材料在长丝之间形成的收缩颈的截面;
图6为本发明的纱股的厚度对不同
挠曲刚度的纱股的弹性模量曲线图;
图7是采用静电流化床作为涂覆装置的本发明的总工艺流程图;
图8是采用本发明的方法生产预浸渍纱带的详细图解;
图9是采用本发明的无炉实施例生产预浸渍纱带的详细图解;
图10为制备预浸渍纱带用的分别带有凸块和凹槽的两个辊子的沿图8中的b-b线的截面图;
图11a和图11b是图10所示的辊子的另外两种实施例;
图12是采用一个辊子制备预浸渍纱带的截面示意图;
图13是图12所示的采用一个辊子制备预浸渍纱带的侧面示意图;
图14是本发明的单向无纺预浸渍纱织物的示意图，其中14a为铺叠在一起的预浸渍纱的轴向截面示意图;14b表示铺叠在一起的预浸渍纱的点连接;
图15为本发明的多向预浸渍纱无纺织物的示意图，预浸渍纱相邻各层排向不同，其中15a表示预浸渍纱的铺叠;15b表示铺叠在一起的预浸渍纱的点连接;
图16为图14b所示的单向无纺织物的俯视图，表明一种典型的点连接形式;
图17为图14a所示的单向无纺织物的俯视图，表明一种典型的针脚式线连接形式，图18为本发明的基本预浸渍纱股的显微镜照片(放大39.9倍);
图19为本发明的基本预浸渍纱的显微镜照片(放大倍数为1)，该纱中树脂基体材料已固结到增强长丝表面，但尚未合股;
图20为在Opsi(磅/平方英寸)压力下用聚丙烯浸渍玻璃纤维制成的预浸渍纱带的截面的显微镜照片(放大倍数50);
图21为在20psi压力下用聚丙烯浸渍玻璃纤维制成的预浸渍纱带的截面的显微镜照片(放大倍数50);
图22为在20psi压力下用聚丙烯浸渍玻璃纤维制成的预浸渍纱带的截面的显微镜照片(放大倍数200);
图23为本发明中用聚丙烯和玻璃纤维制成的预浸渍纱带的照片;
图24为本发明中通过交织一种粘结剂纤维制成的无纺预浸渍纱织物的照片。
1.综述本发明的一个重要特点是促进对纤维或长丝的浸润，并减小相邻的已浸润的长丝之间的粘并。为防止已涂覆的长丝相互粘并，在树脂基体固结之前，长丝之间必须要保持分开。实现长丝相互分开的方法之一是维持对长丝的轴向拉力，限止它们向侧面松弛。图5表示位于两根长丝上的一粒树脂基体的熔融过程。图5a中，由于纤维受到较高的轴向张力，因而限止了长丝之间的相互靠拢;而图5b中，长丝受到的轴向拉力很低，当树脂基体颗粒熔融，在长丝表面上浸润时，两根长丝则被拉拢到一起。
在图5(c)中，当长丝被充分浸润后，两根长丝之间的树脂熔体的厚度仍很大，相比之下，图5a(c)中，由于长丝横向移动受阻，熔体的厚度要大大小于5b(c)，这样两根长丝之间的树脂膜很容易破碎，从而将两根涂覆了树脂的长丝分开，结果如图5a(d)所示。
由于长丝的阻碍，树脂融体颈缩，产生于一垂直于长丝轴向的拉伸应力，如图5c所示。这个拉伸应力的产生是由于长丝之间的树脂倾向于去覆盖长丝而被拉开所致。如果此应力σN超过了融体的破坏应力σf，则缩颈破损。树脂基体的破坏应力可用做判据来确定该树脂的加工条件。比如说，通常低分子量的树脂融体的拉伸破坏应力非常低。而高分子量的熔融聚合物的强度随加工温度升高而降低。另外，部分溶剂化的或增塑过的聚合物的拉伸强度比其对应的纯聚合物的强度要低。
被分散开的预浸渍纱的厚度很低，因此可以在一很短的时间内将聚合物树脂熔融，并且熔化温度可以高于该树脂的安全使用温度。在这种情况下，树脂熔体的弹性强度可以变得很低，从而有助于预浸渍纱分裂成多股。
通常树脂基体成型时，操作温度应等于或略高于该树脂的熔融温度。而按本发明的涂覆工艺，操作温度可大大高于树脂基体的软化温度，只要能保证在操作中的滞留时间内，基体树脂不会降解或进升到下一固化阶段即可。在本发明中，滞留时间可以很短，因而没有明显的基体材料降解或树脂的固化阶段升级。加热炉或加热器的操作温度与纤维和树脂在炉中的滞留时间有关。如果滞留时间很短，则温度可调高，反之也一样。在这种条件下，操作温度可以高于基体树脂材料开始降解或固化阶段开始升级的温度。只要保证滞留时间很短，基体树脂材料不会较长久地停留在这样温度之中以致降解或固化升级。
在一粘弹性液体中，导致其拉伸强度降低的因素也同样会导致其表面张力降低和液体的粘度降低。因此，有利于长丝分散的条件也同样在利于液体沿长丝的扩散。这样，图5a所示的液滴形状就可通过改变材料和改变加工条件降低液体弹性来进行转变。通过限制或阻碍长丝之间相互靠拢，在破碎之前，树脂基体缩颈的长度Ln′可以大大减小，从而截面积An′可以变薄。因此，造成缩颈破坏所需的力Fn′降低。在树脂浸润和固结的过程中保持长丝分散将有助于达到长丝涂覆。施加外力则可帮助实现长丝之间的液膜的破裂。在垂直于长丝分散平面的方向上鼓吹热空气会有助于破碎长丝之间的液膜。使分散开的长丝通过一刻有凹槽的辊子，长丝在辊轴上受压，这也会有助于分裂长丝之间的液膜。很多类似的机械装置都可用来帮助长丝相互之间的分散。
为了生产出本发明中的这种基本预浸渍纱，树脂基体必须要很好地浸润纤维，只有这样才能不采用常用的粘结剂而仍可达到树脂基体与长丝之间的粘结。树脂对纤维的浸润可以采用一树脂基体液化器，比如熔融器或炉子，通过加热使树脂液化。要达到较好的浸润，就需要使基体树脂在选用的液化设备内保留足够的滞留时间，从而使树脂将纤维充分浸润。市售的液化器种类有很多种，包括任何辐射式或传导式的炉子。对于干燥树脂粉末，采用辐射式炉子要更好一些。另外也可用加热的模具来取代炉子用做液化器。
树脂基体的液化方法是本发明的一个部分。任何粒度的基体树脂材料都可以用来涂覆纤维，包括粗颗粒和短纤维。由于本发明中，基体树脂液化并且沿长丝表面润湿铺展，从而减小了通常在使用大粒度树脂和直径很细的长丝时所遇到的树脂基体与长丝之间粗混合的问题。因此，在本发明的工艺中，基体树脂材料的粒度大小不是一个十分关键的因素，其范围可以从涂覆工艺中一般采用的相当于或小于长丝的直径或厚度到比长丝直径大很多倍，包括采用短纤维。在本发明之前，从还没有人成功地采用大直径的粒子的树脂作为基体材料。这种做法可大大节约成本。
2.原材料的选择可用做纤维纱的纤维种类有很多种，其中包括玻璃纤维，碳纤维和石墨纤维;有机纤维，特别是诸如酰胺和芳香族聚酯一类的液晶纤维;陶瓷纤维，比如碳化硅;混纺纤维，比如酰胺/碳，酰胺/玻璃，酰胺/碳/玻璃和碳/玻璃。
一般来说，如果纤维的直径或厚度超过25微米，则不可使用。例如，如使用直径为140微米的硼纤维就毫无意义，因为如此尺寸的纤维不可能做得很柔软。另外，所选用的纤维应是用做增强材料的纤维，并且是连续纤维。适合于此工艺的纤维应能在树脂基体固结时的工艺温度下保持热稳定。另外纤维的玻璃转变温度和熔融温度要高于室温，并且熔融温度要高于复合材料固结加工温度。
热塑性和热固性聚合物均可用作基体树脂材料。本发明中倾向于使用的聚合物材料通常不应发粘，在固化以后使用过程当中，其玻璃转变温度或熔融温度应高于室温，特别是玻璃转变温度应高于高室温。因此，一些弹性材料，橡胶和皮革，它们在室温下很柔软，不可用做基体材料。在些热固性塑料，在通常的操作温度下发粘，可以在低温下操作以减少粘性，从而可用作树脂基体材料。一些非聚合物材料，比如铜，低熔点金属，陶瓷母体等也可用作基体材料。基体材料可以为任何形状，如粒子、粉末和短纤维。
聚合物的类别很多，举例如下ABS系列，缩醛类，丙烯酸类，醇酸聚酯，烯丙基类，氨基类，环氧类，氟塑料，呋喃类，蜜胺类，尼龙类，酚醛类，苯基氧化物和苯基醚类，聚酰胺，聚酰胺-亚酰胺，聚丁烯类，聚碳酸酯类，聚酯类，聚双醚酮(PEEK)，聚醚酮类(PEK)，聚亚酰胺醚类(PEKK)，聚乙烯类，聚亚酰胺类，聚甲基戊烯类，聚硫化苯类，聚丙烯类，聚苯乙烯类，聚氨酯类，砜类，脲类和乙烯基类。共聚物，混合物也可用做聚合物基体材料。
在上面列举的这些聚合物类别中，本发明倾向于使用那些在多股预浸渍纱形成后，一旦凝结就立刻不再发粘的材料。另外，对于热固性聚合物，预浸渍纱刚刚开始凝结时，高分子不应完全固化，从而保证在复合材料制品最后固化时纤维和树脂之间的良好粘结。本发明倾向于使用的基体材料包括有各种工程聚合物材料，如聚双醚酮类，聚酰胺类，环氧类和聚酯类。
用做生产回收塑料预浸渍纱的基体材料，本发明倾向于使用的是那些含有大量回收的废塑料的材料。回收的混合塑料，或回收塑料与未使用过的塑料的混合物也可以使用。尽管任何塑料都可用途树脂基体材料，热塑性塑料要更好一些。被选用做基体材料的塑料首先切碎，然后研磨成粉末。如果回收的废塑料是混合物，或含有一些未使用过的塑料，则此粉末可以通过密度分离法来进行净化。树脂基体的粉末被涂覆并溶融粘结在增强纤维表面，做成预浸渍制品。用这种预浸渍制品制成预浸渍纱的复合材料结构的方法与通常的预浸渍制品相同。使用回收塑料做成的预浸渍纱并不非要柔软才有使用价值。本发明方法可生产各种具有不同柔软性的预浸渍纱。能将含有不同量的回收塑料的基体材料与增强维结合使用，不论其柔软性如何总是有用的。
采用了回收塑料，基体材料的成本总是要大大低于其它基体材料。有时在回收塑料料中会含有一些不熔的物质，它们可以夹带在预浸渍纱制品中而不至于损坏加工设备或产品质量。这些塑料并不是在一精密的挤出机中熔融，而在在一无直接接触的炉子中熔融，因此，那些不熔物质不会损坏加工设备。另外，预浸渍纱和复合材料制品的性能主要是由增强纤维控制，因此有些混杂的或污染的基体材料是可以允许的。采用本发明的方法，回收塑料并不一定要高度净化即可保证预浸渍纱和复合材料能达到合格的性能。
一般来说，不同的塑料是不相容的，因此混合的塑料的物理性能通常较差。工业塑料的边角废料在回收时往往是按类分开的，因而是一较好的回收源。消费者使用的废塑料是一混合物，其混合度取决于回收方式。比如，同聚对苯二甲酸乙二醇酯瓶子混合在一起的有不是聚对苯二甲酸乙二醇酯的瓶盖，纸标签和其它类型的瓶子和塑料消费品。因此，在一聚对苯二甲酸乙二醇酯的废塑料中，可能只有80%聚对苯二甲酸乙二醇酯。在过去，这剩下的20%是一件麻烦事，需要采用一个昂贵的净化过程来处理。在本发明中，却可允许一个很大比例的杂质存在。比如，一个典型的预浸渍纱可由50%的纤维，40%的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂基体和10%的杂质组成。由于纤维主导着预浸渍纱以及由此做成的任何复合材料的性能，预浸渍纱中可以允许一个较高百分含量的杂质以无害填料的形式存在。
尽管其它类型的塑料也可以使用，但由于回收塑料主要是着重于热塑性塑料，故本发明倾向于使用的回收塑料是热塑性塑料。数种热塑性塑料的混合物也适合于用做基体材料。未经化学处理的固化了的热固性塑料基本上是用作填料。另外，回收塑料同未使用过的塑料的混合物也可使用，并可能更适合于商品生产。
3.预浸渍纱的特点美国标准ASTM-D1388是用于确定纺织物刚度的标准测试方法。此法可用来表征预浸渍纱的刚性。标准测试样品一般是一英寸宽，小于一英寸宽的样品也可进行测量，此差距可在最后结果中进行校正。在此对ASTM-D1388进行描述的目的是用做参考。
标准的热塑性预浸渍纱，比如I CI公司生产的APC2，厚度为5密耳，或127微米，挠曲刚度约为216，000毫克-厘米。具有如此刚度的预浸渍纱很难用于纺织，编织或制成带状或柔软的织物。在这些场合中，人们倾向于使用较薄的预浸渍纱，即多股预浸渍纱，平均每股厚度不超过50微米，这就是本发明所生产的产品。
对于纺织，成带和无纺织物制备中，柔软性很重要。ASTM-D-1388-64(9175)中规定的悬壁梁测试法就是通过测量预浸渍纱的弯曲长度来计算其挠曲刚度。弯曲长度是预浸渍纱的重量和其刚度之间相互作用的量度，是通过预浸渍纱在其自身重量下的弯曲表征的。它表示预浸渍纱在一平面上受重力而弯曲时的刚度。
预浸渍纱的外表面的弹性应变最大。一般来说，当增强纤维受到0.3%以上的压缩形变时，就会产生皱折。对于一个弹性层，它的应变同该弹性层的厚度及最小弯曲半径有下列的关系h＝2Rmin·e其中，h是弹性层的厚度Rmin是弹性层的最小弯曲半径e为所能承受的最大表面应变比如，当一个弹性层受到一个最小弯曲半径为10毫米，最大应变为0.3%的时候，其厚度则不可能超过60微米。最小弯曲半径取决于产品的几何形状，而最大应变取决于增强纤维，因此弹性层的厚度即取决于材料性质，也取决于它的实际使用。这种关系如图6所示。
4.预浸渍纱及产品的生产用来生产预浸渍纱的方法在图1中已用一简化了的流程图进行了说明。下面对选用的设备加以描述。下面的描述应同图1结合在一起阅读，这样可加深理解本生产方法。图1中101为纤维纱102的送纱装置，可以是纱筒或卷纱盘。纤维纱可以直接由前一道生产工艺提供，也可由其它来源供货。纤维纱102是由许许多多的各个长丝104组成，在分散工艺过程103中，这些长丝相互之间被分散开，形成在截面方向分散的各个长丝104。对于含有6000根长丝的纱，通常分散的宽度为2英寸。在涂覆工艺过程105中，分散开的长丝104被涂上基体材料。当涂覆量达到要求以后，即成为涂覆过的纤维106。然后这些涂覆在纤维表面的基体材料在润湿工艺过程107中液化，最后形成充分浸润的纤维纱108。
当液化了的基体树脂沿着长丝104表面铺展开时，基体树脂的厚度逐渐变薄，最后，位于长丝104之间的树脂薄膜破裂(见图5)，这一现象发生在分裂步骤109的过程之中或之前。如果被浸润的纤维纱108分散得很好，并且一直维持的话，则分裂步骤109就可免掉，因为位于纤维104之间的树脂膜会在固结过程中破碎。另外，如果纤维纱分散得很好，树脂膜就不会将各纱股并连在一起，因此也就不再需要一个过程去破碎股与股之间的树脂膜了。涂覆后的长丝110可以是单根的，也可以是分股的，通过一冷却过程112冷却，树脂基体在此过程中凝固，而长丝110也在此过程中集束成许多独立的纱股113。有时在冷却过程112中，各长丝110会与邻近的纱粘并而成为股间连接物111。纱股113通过一牵引装置114不断被拉牵，以维持纤维纱102不断地输送到系统中来，并对长丝104产生一个轴向拉力，使其不会自行松散，从而形成一块树脂和长丝的结合体。各个独立的纱股在过程115中集合起来，组成厚度不同的预浸渍纱，然后通过步骤116收卷起来，或根据不同要求作进一步的加工。
预浸渍纱带的生产是通过将涂覆好的纤维纱引入一个具有一定几何形状的缝隙，迫使纤维纱在此缝隙内压合在一起，从而形成一个已知几何形状的柔软的纱带。用于生产柔软预浸渍纱带的装置有多种，如图8至图13所示。但最倾向于使用的则是如图10和图11所示的两个相配合的辊子，一个下凹，一个上凸，或者一个刻有凹槽，另一个则带有对应此凹槽的凸块，凸块可正好嵌入另一辊子的凹槽内。当涂覆好的纤维纱通过两个辊子之间已知几何尺寸缝隙时，就形成了该几何形状的预浸渍纱带。两个辊子一般是采用常用的装置在一定的压力下相互作用的，比如采用气缸，弹簧或液压缸，安装在其中的一个辊子上。辊子装置位于涂覆生产线的出口端，或者代替涂覆熔融生产线中的熔融炉。
其次倾向于采用的生产柔软预浸渍纱带的装置是一个表面下凹的滚轮，如图12和图13所示。涂覆过的纤维纱受牵引力通过滚轮圆周表面上的某一点，在拉力和滚轮凹面构型的双重影响下，纤维纱逐渐移向滚轮凹面的最低点，从而形成了具有一定外形的带子。加在纤维纱上的张力可以通过系统中的收卷装置施加。该凹面滚轮可以装在涂覆生产线的产品终端，如果滚轮被加热，并且对纤维纱的压力足够大时，它可取代涂覆熔融生产线中的熔融炉。其次，采用表面平直的滚轮也可用来生产预预浸渍纱带。
用预浸渍纱生产无纺织物的方法描述如下，请参考阅读图14至图17。
纱股113，股间连接纤维111和各长线110共同组成了预浸渍纱133。该预浸渍纱包括有增强长丝132和涂覆在其表面上的树脂基体131。预浸渍纱133通过冷却过程112冷却以后，按所需的织物构型排列。图14a是按单向叠加形式排列，图15a是多向叠加形式排列。为了增加织物139的强度，在排列时最好将预浸渍纱133相互搭接起来。
当预浸渍纱133排列好以后，就将它们结合在一起。图14b和图15b所示的方法是通过热熔融将叠放好的预浸渍纱133在选定好的一些地点粘结起来，从而形成了点粘接的织物139。在结合预浸渍纱133时，采用一个或多个点粘接137。采用这种点粘结的方法，各点之间相互分散，并不连续，可以得到柔软的织物139。除此之外，采用缝纫，针刺，压力点连接或喷水锤也可将预浸渍纱133结合在一道。图17是采用缝纫方法的一个例子。缝线可以同预浸渍纱133的运行方向成一角度，以便有助于连续加工。本发明的无纺织物中设有相互交织在一起的增强纤维。但如图24所示，可以用粘结剂长丝或粘结剂纱线将增强纤维交织在一起。在这种情况下，所得到的织物是由不同的纤维纺织而成，但是单就增强纤维来说，仍是无纺的。
制备好的织物139，用缠绕的方法收卷起来，以备进一步使用。另外，预浸渍纱133或织物139还可以进一步加工成二维或三维的无纺织物，甚至做成形状复杂的预成型体。例如，采用多头铺放或滚管工艺，可作成管式预成型体，常用于生产各种结构的制品，如高尔夫球杆，网球拍、帆船桅杆等。
要达到良好的树脂浸润，需保证有足够的滞留时间，以使得树脂基体液化并润湿纤维。在此浸润过程中，纤维或长丝不能允许横向松散，这一点甚为重要。这一点可以通过在纤维纱上施加一定的张力来实现。当纤维或长丝被浸润得比较充分时，液化树脂基体通常包覆在由多根纤维组成的纤维股上。为了生产出本发明的预浸渍纱，纤维股之间一定要相互分开，如图2所示。只有这样才能实现单独涂覆的多股预浸渍纱，在图2中，单独涂覆的纤维股用134表示，它是由增强长丝132和基体树脂材料131组成的。每一股纱134若能完全独立，如136所示的那样是最理想的。但股纱134之间也可能会有一些股间连接物135，这些股间连接物通常是由单长丝132和在其表面涂覆的树脂材料131所组成。涂覆过的股纱的绕曲刚度比完全固结的预浸渍纱要低。
现在请参看图3和图4。在通常的预浸渍纱生产中，纤维纱多是由含800到13，000根长丝132的股纱所组成。每根长丝132的直径或厚度一般为4到16微米，这些纤维纱涂覆上树脂基体材料131后就形成了预浸渍纱130。用通常的生产工艺制备的预浸渍纱的纱股134，宽度为1/8到1/2英寸。这里所说的纱股，在通常的工艺是指独立的，一般只含有一股的预浸渍纱130。它们可以独立使用，也可同其它只含一般的预浸渍纱130一道使用，制备成复合材料结构。而本发明中的纱股134是独立的，由充分浸润了的长丝132组成，每一股的平均厚度等于或小于100微米，小于50微米则更好。这些纱股集合起来，从而形成任意厚度的多股预浸渍纱133。
在整个加工过程中，如果长丝132通过纤维纱分散器充分分散开，并维持一个足够的张力，则长丝132就不会横向松散，从而就可产生或维持纱股之间的分离。纱股之间的分离可在加热炉16内进行的树脂浸润过程之前或同时发生。而通常情况下，这种分离是在液化的树脂131沿着长丝132轴向浸润时发生的。分离的方法有多种，比如可采用机械分离器，包括带有刻槽的辊子，刀子，激光切割器，还有向垂直于分散开的纤维纱方向提供对流，等等。
单股预浸渍纱130含有多个纱股134，它们的厚度和宽度不等。纱股134的平均厚度小于100微米，但小于50微米则更好。纱股134的最大厚度是100微米而最小的厚度则为该纱股中所使用的增强长丝132的未浸渍树脂时的长丝直径或厚度。一般来说，纱股134的长度大于其宽度，而其长度和宽度均大于它的厚度，通常纱股134的厚度要远远小于其宽度，其宽度一般小于2，000微米。另外，纱股134的平均长度最好是大于其厚度的30倍以上。
5.优选的设备。
有一点需要说明一下，以上描述的各个步骤阐明了本发明的生产方法，但它们并不仅仅局限于本文中所列举的各个实例。为了更好地理解前面所提到的各个工艺步骤，下面将列举一个例子。此例是采采用了图7中所示的设备8。
现在请参看图7。纤维纱11受到牵引，从送纱轮10通过设备8，最后收集在收卷轮12上。收卷轮12受到驱动，在一可变的速度下旋转，而送纱轮则不需用动力去驱动。线速度一般为每分钟3到30米。较慢的速度也可采用，但从经济角度上则不可取，因为预浸渍纱的单位时间产量降低，并且由于炉内滞留时间长，基体树脂会降解，或固化度升级，从而树脂受到破坏。更高的线速度也是可行的，只要能够保证以下几点应配好辅助装置，减少纤维纱的振动;涂覆树脂材料的单元设备应有足够的长度以保证足够的涂覆量，加热炉的长度和温度足以使基体树脂液化。在某些情况下，只要条件合适，每分钟30米以上的线速度也是可以采用的。夹送轮14的作用是牵引从加热炉16中出来的纤维11。收卷轮在一恒定的张力下缠绕，这是通过用一张力控制器来调节缠绕器电动机来实现的(图中没有显示)。纤维纱通过设备8的速度可由夹送轮14的旋转速度来控制。
在本实例中，纤维纱的供给是直接从预先缠绕好的纤维纱筒上提供的。纤维纱的供给也可直接来自前一道生产工艺。在送纱过程中，应避免将纤维纱11中的纤维13捻转。纤维加捻以后很难分散。另外，每卷纱自身张力应控制好，这将有助于在整个浸渍过程中维持张力恒定。在送纱装置与纤维纱分散器18之间也可设置一纤维纱导向板(未示出)，以帮助引导纤维通过分散器18。
在本实例中，纤维纱分散器18采用了一系列的辊子17和一空气梳19，从而将纤维纱11分散成长丝13。通常设有两组辊子17，一组设在空气梳19之前，一组设在其之后。辊子17主要有两个作用;(1)是给纤维纱施加张力从而减少在操作中纤维纱的横向松驰;(2)是减少纤维纱的振动。辊子可采用任何适宜的材料做成，可以具有各种不同表面特征。但是采用平滑的聚四氟乙烯辊子更为合适，因为这种材料可使纤维分散良好。在所有使用的辊子当中，至少要有一个，最好是最靠近涂覆装置20的入口处的辊子，一定要采用导体材料，最好是不锈钢，这样纤维纱在进入涂覆系统20之前可以接地。空气梳19则已是一项众所周知的工业技术。
纤维纱11在离开送纱轮10以后，进入第一组辊子17，纤维被分散开。第一组辊子的排列方式可使纤维纱11在通过时象纺织一样，先从第一组辊子17的上面，然后紧接着从第二组辊子的下面通过，这样可对纤维施加一个衡定的张力，并减少长丝束13的振动。纤维纱11然后进入空气梳19，在那里受到强制的空气流的作用进一步分散。举例来说，含有3，000根长丝的纱通常要分散成1英寸以上的宽度才可保证所得到的预浸渍纱性质柔软。由于同样的原因，第二组辊子的排列与第一组辊子的排列方式相似。第二组辊子的最后一个最好也是由导电材料做成，这样纤维就可在进入涂覆装置前接地。
分散器18的装置可以采用各种不同类型，其中包括平滑的，或刻有凹槽或有凸面的辊子或滚筒;空气梳;空气梳和辊子或滚筒结合使用;带状喷气流;超声波分散器;以及液体浴。在选择纤维纱分散器时主要应考虑的是其是否能将纤维纱分散成一聚集带，最好此聚集带仅有单长丝厚，并且此分散器不会损坏纤维或长丝。
在分散装置18和涂覆装置20之间，还可随不同的应用情况增加其它的工艺步骤。比如，在生产特殊用途的预浸渍纱时，可能还要采用清除纤维表面浸润剂，表面活化和施加粘结剂的装置。
长丝束13然后进入涂覆装置20，基体树脂材料在此装置中涂覆到纤维13的表面。在纤维13进入和通过涂覆20时，仍然保持分散状态。可以使用的涂覆装置有很多种类，下面将举例说明。不过粉末喷涂装置和静电流化床两种方法更为合适。采用粉末喷涂装置时，一般来说操作费用较低。其它各种涂覆系统，比如湿粉末法，热熔法以及溶液涂覆也可采用。
a.流化床在最简单的实施例中，流化床装置由一箱体21组成，其内放有基体树脂粉末22。在一空气流和机械振动的相互作用下，粉末22流体化。另外，通过一安装在外壳28底部的高压电极26使粉末带电。电极26可由锋利的尖状物或象通常所用的细电线做成。在涂覆装置的箱体21顶端有一出口32，使流化的空气24可以由此出口逸出。
让预浸渍纱纤维基质从连接在一金属框架上的几个辊子的上部和下部通过，可同时达到接地和分散的目的。分散得好，则基质很薄，更多粉末可涂上去，并且得到的产品更柔软。如果纤维纱在涂覆之前不经分散，这样制得的预浸渍纱则很硬挺，其中的纤维也不可能完全涂覆。
粉末粒子22均匀地分散在涂覆装置的容器28之内。使用静电涂覆，粉末粒子的粒度范围尽量控制在20到80微米之间，平均粒度约为50微米。比此粒度更小和更大的粉末也曾被分别使用，制备出柔软的预浸渍纱。粒度小于20微米的粉末用得很成功。实际上这些微细粉末，特别是粒度小于10微米的粒子，在流化床中聚结成较大的粒子。粒度最大达250微米的粗粒粉末也进行了使用。但是预浸渍纱的柔软度随所使用的粉末粒度的增加而减小。短纤维状的树脂也同样可以用作粉末22。在使用回收塑料时，由于回收塑料粉末通常都是用磨碎的方法得到的，而磨碎工艺的成本随平均粒度减小而增加，因此一般倾向于使用粗颗粒。在考虑使用较粗粒度的粉末时，必须要结合柔软性和预浸渍纱后加工中所要求的混合度这两个相反因素综合平衡。微孔板34对于通过此板的空气24产生一个很高的阻力，从而可使得有足够的空气24在一较低的速度下通过，将粉末22流化。对微孔板34施加机械振动可加强流化，并减少空气在粉末床中的沟流和粉末结块。流化床33中粉末22的厚度一般为2到4英寸(50到100毫米)。
在流化床装置20中，粉末22的粒子对纤维产生静电吸附。带电的粉末粒子22相互排斥，最后上升到箱体21的上部，形成一带电的粒子云40，而纤维就通过此粒子云。在本文列举的这个实例中，采用的是静电技术公司生产的C30型静电流化床涂覆机。床身的尺寸为15厘米×15厘米。输出电压为0-90KV(千伏)，空气进量为每分钟0-0.4标准立方米。流化床装置20内使用了离子化空气装置36，它是通过液化床33下面的电极通电而产生，以防止由于电火花31引燃流化粉末22的意外。
用来流化的空气24必须干燥、清洁。空气中的脏物会堵塞微孔板34，造成流化不均匀。空气中的湿气会引起粉末22在流化床33中结块，使流化效果降低。通常干燥空气24的压力在200到700千帕。每分钟流过每平方米扩散板34的流量约为1.5米3。流化的粉末是通过控制流化空气24来维持流体状态。一个常用的干燥流化空气的方法是采用一装满硅胶的干燥柱(图中未显示)。另外，空气还可通过冷冻方式干燥。湿空气通入干燥柱中，经过一丝网后与硅胶接触。湿气在干燥柱中被分离掉。干燥空气24然后再由干燥柱的出口通入到流化床33中。
流化床装置20中所采用的电压一般在-30到-100KV之间。多数情况下，采用负电。输出电压大约不超过-100KV。在装置20短路接地时，最大输出功率不能超过所使用的粉末粒子22的引燃能量。所需使用的高电压，取决于正在使用的粉末的性能，一般在-35到-90KV之间。例如，聚酯树脂粉末在电压小于或等于-40KV时，涂覆效果较好。而环氧树脂粉末则在-40到-70KV之间操作较好。乙烯类树脂粉末通常需要一较高的操作电压，范围在-60到-75KV。而对PEEK，较好的涂覆效果则出现在-70到-90KV之间。
为了将过量的涂覆粉末收集并送回到粉末供应贮槽(图中未显示)，在涂覆系统中还装有一个真空排气装置(图中未显示)。典型的排气装置是由一个或多个旋风分离器或袋式过滤器组成(图中未显示)，或两者结合使用。排气装置可以装在顶部，进口和出口，或者四周。空气排出速度应该大致与进口空气24的速度相同。在本实例中，排气装置采用一个滤筒式排气装置，将粉末收集在一个真空袋过滤器中进行回收。排气筒将空气吸入，进而带入粉末，最后通过摇晃装在筒内的过滤袋将粉末回收。
纤维在树脂涂覆容器内的滞留时间一般为大约1到5秒钟。这个时间的确定应取决于纤维的种类，纤维分散的程度，塑料树脂的种类，粒子的大小，涂覆器的操作条件，(比如空气流速和静电电荷)，以及预浸渍纱中所要求的树脂含量。
纤维涂覆以后，就如图1和图8所示，送入加热炉16，或者如图9所示，直接通过一个陶瓷或其它材料的加热器70。这一加热过程应在纤维离开流化床装置20以后尽快实施，以保证粉末22熔融，粘结在纤维上。否则电荷就会衰减，粉末会脱离纤维。加热炉16或加热器70的温度取决于纤维和树脂粉末22。但是在确定加热炉16或加热器70的温度和在加热炉16或加热器70内的滞留时间时，应该要保证涂覆过的纤维在加热炉中的滞留时间之内，树脂粉末22不会达到其分解温度。加热炉的温度应该要高到足以能将所有的塑料基体熔融。
对涂覆过的纤维可以采取传导或辐射方式进行加热。在本实例中，加热炉16是采用了一个伦德伯路(Lindberg)一段加热管式炉，最高操作温度为1200℃，长度75厘米，内径5厘米。预浸渍纱在炉内的典型滞留时间大约为2到20秒。在多数情况下，低于10秒钟的滞留时间，足以将塑料液化，熔结到纤维表面。对于一些粘性熔体，比如高分子量的聚乙烯，往往需要较长一些时间才可促使树脂沿纤维表面的浸润。辐射式或传导式的加热都是适用的。
在回收的废塑料制品当中，聚对苯二甲酸乙二醇酯通常要算作熔点最高的塑料。聚对苯二甲酸乙二醇酯的熔点将近250℃，因此加热炉的温度至少也要达到真熔点温度，即250℃，最好设在300℃，甚至更高。为了减少在炉内的滞留时间，并且加强树脂浸润，加热炉的温度可以设得很高，而物料温度并不会达到炉温。当加热炉温度超过400℃时，大多数回收塑料在一定的滞留时间内都会降解。在这种情况下，必须要采取一定的措施将从纤维纱上滴落到加热炉内的树脂粉末除去，否则，会增加火灾的可能性。
b.粉末喷涂利用粉末喷涂工艺将树脂基体材料粒子涂覆到纤维表面，可以使用静电喷枪或者摩擦静电(摩擦充电)喷枪来进行。静电喷枪的最基本的设计就是一根管子带有一个与高压发电机相连的充电电极。粉末粒子用某种方式，一般是用驱动气流，通过枪管，并受电极作用带电。带电的粉末粒子然后被输送到纤维表面，与纤维粘结，从而涂覆上去。纤维由于是接地的，这样在带电的粉末粒子和基质之间就产生了一个相反的极性。
在本实例中，静电喷枪是装在一个粉末容器内的，该容器取代了流化床。纤维在离开分散器以后，进入粉末容器内。粉末状树脂被输送到喷枪内，使之带电，然后再喷射到接地的纤维上面。部分带电的粉末粒子粘结并涂覆到纤维表面，而其余的则被循环到喷枪中。涂覆过的纤维离开的粉末容器，然后进入加热炉。
此方法的工艺参数包括有通过喷枪的空气流速，粉末流入量，以及静电大小。这些参数都是可变的，其数值的选择主要是根据所使用的纤维和树脂材料的性质。比如，当使用Ransburg-Gema AG 701-6型静电喷枪，树脂基体材料为粒度小于150微米的尼龙11粉末，并混有一些碳黑颜料;纤维纱为12K的碳纤维，已被分散成5厘米宽，在这种条件下，所采用的工艺条件是空气流动水平为0-7，粉末流动水平为0-10，静电大小为0到-80KV。表一列出了涂覆工艺参数和数值。
表一 涂覆工艺数值线速度 空气流速 粉末流速 静电大小 树脂重量(米/分钟) 水平 水平 (-KV) 含量(%)3.54 1.5 4.5 25 34.86.21 2.0 6.0 15 41.08.25 2.0 10.0 7 43.513.65 2.0 10.0 7 30.0c.湿粉末涂覆工艺在湿粉末涂覆工艺中，比如悬浮液法或乳液涂覆法，树脂基体材料是潮湿的粉末。纤维纱在进入涂覆装置20之前不需要接地。因此，前面所提到的不锈钢辊子17在此法中就不再需要。纤维在离开分散器18以后，如需要，还可通过一个打底剂涂上增粘剂。
涂完增粘剂以后，纤维就进入湿粉末涂覆系统，它是由一个辊子涂覆器，一个湿粉末或乳液储槽和一个悬浮液泵组成。树脂基体材料悬浮在液体媒质之中，该液体可以是水或溶液。水质的液体媒质中包括有水，有时还有一水溶性粘结剂。溶剂质的液体媒质包括有溶剂，需要时也含有一种可溶性粘结剂。纤维通过辊子涂覆器的上表面，辊子一般在与纤维运行相反的方向上旋转。辊子涂覆器的下表面与储槽中的悬浮液或乳液相接触。随着不停地旋转，辊子将悬浮液或乳液带到上表面，使之与正在通过的纤维接触从而涂覆上去。悬浮液泵可以维持悬浮液或乳液的浓度均匀。
涂覆了的纤维离开辊子涂覆器后，进入一干燥器，悬浮液涂覆过程中带入的水分或溶剂在这里蒸发掉。如果树脂融合到纤维表面，则水溶性粘结剂也可以除去。然后，干燥的纤维离开干燥器进入一个熔融器。在那里树脂基体材料液化并浸润纤维表面。在湿粉末涂覆工艺法中，还有一个方法是不用辊子涂覆器，而直接让纤维通过悬浮液或乳液，然后直接进入干燥器。
d.热熔融涂覆工艺热熔融涂覆系统通常是由一个辊子涂覆器或一个挤出机和一个模具所组成。热熔融法使用辊子时，其操作方式与上述的湿粉末涂覆系统相同，只是在这里，不再使用悬浮液或乳液贮槽，而是使用了一个含有树脂基体材料的热熔体贮槽。同湿粉末涂覆工艺一样，辊子涂覆器也可以不用，纤维可直接通过热熔体贮槽。
热熔融法使用挤出机和模具操作时，是将分散开的纤维牵引通过一个缝型模具，而挤出机不停地向此模具提供热熔体基体材料，在模具内将纤维涂覆。口模成型段刻有沟槽以将预浸渍纱分成多股。当树脂基体的热熔体与纤维接触以后，纤维立即就被浸润。因此，可能就没有必要再另设一个加热炉去进一步完成树脂浸润。在此工艺中，一些特殊的装置，比如带有沟槽的模具，或者辊子涂覆器，可能需要使用，以帮助将预浸渍纱分成多股。
e.溶液涂覆溶液涂覆工艺要使用各种溶剂。在此方法中，树脂基体材料溶解在一个适当的溶剂当中，然后纤维通过此溶液，或者涂有溶液的辊子，从而将纤维涂覆，涂覆过的纤维通过一个干燥器，将溶剂蒸发掉。
6.预浸渍纱样品a.碳纤维纱/PEEK树脂基体材料使用Hercules公司的6K AS4碳纤维纱，未加任何浸润剂，长丝直径8微米。纤维通过一带状喷气流，纤维纱被分散成大约60毫米宽。位于分散器入口和出口处的辊子对纤维纱产生张力。然后纤维纱通过一静电床，床内装有ICI公司生产的PEEK 150 PF树脂粉末，平均粒度为90微米。纤维纱与地相接，而粉末在负65KV的电压下充电。纤维纱在横向张力下以分散开的形式通过一管式加热炉，炉内温度为450℃，将PEEK溶融。纤维纱然后在空气中冷却，再通过驱动辊子，最后到达装有张力调节的缠绕卷装器。纤维纱在粉末涂覆器内和加热炉内和加热内的滞留时间分别为1.4秒和6.7秒。线速度为每分钟6.8米。预浸渍纱中纤维的体积含量为60%。预浸渍纱的挠曲刚度是890毫克-厘米，而未经涂覆的纤维的挠曲刚度则是670毫克-厘米。通过对比分析，固结后的预浸渍纱的刚度大约是216，000毫克-厘米。
b.玻璃纤维纱/PEEK树脂基体材料使用Owens Corning纤维玻璃公司的高温S2玻璃纤维纱，每股纱含长丝4，080根，经高温浸润剂处理，长丝直径9微米。树脂基体材料是与上例a中相同的PEEK。玻璃纤维纱经过带状喷气流，最好在与最后一个接地的辊子接触之前，用一湿泡沫块进行清洗，以增加表面电导。然后玻璃长丝纱通过一静电床，床内装有ICI公司生产的PEEK 150 PF树脂粉末，平均粒度为90微米。纤维纱与地相接，而粉末在负70KV电压下充电。纤维纱在横向张力下以分散开的形式通过一管式加热炉，炉内温度为450℃，将PEEK熔融。纤维纱然后在空气中冷却，再通过驱动辊子，最后到达装有张力调节的缠绕卷装器。纤维纱在粉末涂覆器内和加热炉内的滞留时间分别为5.2秒和26.3秒。线速度为每分钟1.7米。预浸渍纱中的纤维体积含量为60%。
c.碳纤维纱/LaRC-TPI树脂基体材料使用Hercules公司的6K AS4碳纤维纱，未经任何浸润剂处理，各单纤维长丝直径8微米。树脂基体材料是热塑性聚亚酰胺LaRC TPI。预浸渍纱的制备方法如例a所述。当碳纤维长丝纱通过带状空气流以及位于其前、后的辊子以后，进入一静电床，床中装有Rogers公司生产的LaRCTPI粉末，平均粒度为35微米。纤维纱与地相接，而粉末在负67KV电压下充电。为防止松散纤维纱在横向张力下以分散开的形式通过一管式加热炉，炉内温度为400℃，将TPI熔融。纤维纱然后在空气中冷却，再通过驱动辊子，最后到达装有张力调节的缠张卷装器。纤维纱然后在空气中冷却，再通过驱动辊子，最后到达装有张力调节的缠绕卷装器。纤维纱在粉末涂覆器内和加热炉内的滞留时间分别为3.2秒和16秒。线速度为每分钟2.9秒。预浸渍纱中纱维的体积含量为37%。预浸渍纱的挠曲刚度为7，000毫克-厘米。而未经涂覆的纤维纱的挠曲刚度则是670毫克-厘米。
7.预浸渍纱的涂覆后处理a.综述当纤维13在涂覆装置20中被树脂基体材料浸润以后，预浸渍纱50可以视情况需要通过一组抛光辊子46。这组辊子46可以设置在加热炉16或加热器70内，也可设置在紧靠加热炉16或加热器70的出口处。但是不管在任何情况下，辊子46装在设备8中的位置，都要处于树脂基体材料仍然是液体状态之处。抛光轮46的作用是迫使液态基体树脂进入纤维纱股内，以得到较好的浸润，并减小由于遗留并固结在纱股外表面上的树脂基体液滴所造成的股与股之间的表面阻力。
由于组成预浸渍纱的纱股很细，预浸渍纱50在离开加热炉16或加热器70以后很快冷却。通常空气冷却就足够了。当然在某些场合下，若使用鼓风器，冷却辊子或类似装置也可带来某些益处。在冷却过程中很重要的一点是要使分散开的纱股保持足够的张力，否则预浸渍纱中的各个纱股就会松散，相互粘并，形成大堆的纱股和树脂基体的结块，使得预浸渍纱的挠曲刚度很高。另外还有一点很重要的是不要让预浸渍纱中的单根纤维在固结时相互接触，这样会产生很强的股间粘结。需要时，也可以加热炉16或加热器70之后用一对流冷却设施(图中未显示)使各股保持分开。传导冷却的方式也可以使用。传导冷却需要表面接触，这样可以限制纤维纱的横向移动。在冷却以后，也可以采用前面描述过的一些机械装置进行分股。但是单单依靠冷却以后再进行分股是很不好的，因为这会导致超过限量的纤维破损。一般来说，预浸渍纱中的树脂基体的体积含量一定要在25%以上，只有这样才能形成一个基本不含空洞的结构，可用于进一步加工成最终复合材料结构。
夹送轮14的主要作用是在加工过程中牵引纤维纱11，并对纤维纱11施加足够的张力，以防止其横向自我松散。用于牵引纤维的装置可以有很多种，其中包括机械驱动的夹送轮，最好是表面涂有橡胶;还有摩擦辊轮，最好也是有橡胶表面涂层。卷装设备12可以是任何一种常用的带有张力调节的纤维纱卷装器。另外，预浸渍纱49也可直接输送到下一道加工工艺，比如切割机，用以生产片状或散状模塑料的原料。
b.带状制品生产预浸渍纱的带状制品，就象图8和图9所表示的那样，纤维13在涂覆装置20中被树脂基体材料润湿以后，预浸渍纱49就被送到成带区109。本发明最倾向于使用的成带装置是采用两个相匹配的辊子，一个辊子表面刻有凹槽60，而另一辊子62则带有凸块。图10和图11a表明了辊子60和辊子62的构造。辊子62的凸块与辊子60的凹槽相互匹配吻合。当粉末熔结涂覆的纤维纱49通过带有凹槽的辊子60和带有凸块的辊子62之间时，就将粉末熔结涂覆的纤维纱49转变成具有已知几何尺寸的预浸渍纱带状制品50。图11b表示带有凹槽的辊子60和带有凸块的辊子62的另一种构造。在这里，凹槽普通是一下凹的形状，而凸块则普通成一个上凸的形状，下凹面与上凸面之间相互匹配。如图11a所示，辊子62的凸块结构与辊子60的凹槽相互匹配，相互吻合。柔软的多股预浸渍纱通过辊子60和62之间，这样纤维纱49就转变成几何形状一定的带状制品50。辊子60和62一般是通过装在其中一个辊子上的气缸64，在一定的压力下相互作用的，也可采用其它加压的方法，如弹簧或液压缸。
辊子60、62装在热熔结涂覆生产线的出口处，即成带区，它取代了图1中所示的分离步骤109。图8中表明，辊子60和62安装在熔融步骤107，也就是加热炉16和卷装步骤116，也就是收卷器12之间。在这个例子当中，柔软的多股预浸渍纱自加热炉16中出来，由一安装在两辊之间辊隙附近的加热器66对纤维纱49加热，保持其温度。聚焦石英红外灯是一种合适的加热器66，比如Argus公司生产的74.285型，功率大约2500瓦，由一3PN1010型Stalo自耦变压器控制。刻有凹槽的辊子60的直径大约为12.5厘米，宽度为2.5厘米，凹槽的宽度为1.25厘米，深0.31厘米。带有凸块的辊子62的直径大约为12.5厘米，宽2.5厘米，与凹槽相匹配的凸块的宽度为1.25厘米，高度为0.31厘米。通常是冷的辊子，可以让纤维104分离，因此分离步骤109常常并不需要。另外，冷却步骤112常常也可以通过这些辊子来完成，或通过长丝104与周围完全接触来完成。
纤维纱49通过一收卷装置12被牵引通过辊子60和62。当纤维纱通过时，通过压力装置64，一个辊子被压到另一辊子上。气缸是一种合适的压力装置64，比如Bimba公司生产的091.5D型，配有Speedaire公司生产的1Z838B型压力控制器。一个合适的气缸可以对0.5英寸宽的纤维纱49产生大约20psig[表压(磅/平方英寸)]的力。当使用带有凸块的辊子62时，纤维纱受力作用，进入到凹槽与凸块之间的缝隙，带有凹槽的辊子60与带有凸块的辊子62之间的缝隙的几何尺寸是一定的。纤维纱在此缝隙当中压合在一起，就形成了具有一定几何尺寸的柔软的带状制品50。生产者根据需要选择辊子60的凹槽与辊子62的凸块的尺寸以生产出所需几何尺寸的带状制品50。当使用带有凸面的辊子62时，纤维纱在外力作用下，进入凹面与凸面之间，在那里压合在一起，从而形成一已知几何尺寸的柔软带状制品50。生产者根据需要选择凹面辊子60和凸面辊子62的相对半径，以生产出所需几何尺寸的带状制品50。辊子60，62通常是用空气冷却，以使树脂基体固化，这样带状制品50就可以操作处理。带状制品50然后再经过一导向轮68，通过收卷装置12卷装起来。
在图9显示的例子中，辊子取代了加热炉16。如果不使用加热炉16，通常要用一个第二加热器70。陶瓷加热器可以适合此用途，比如GTE Sylvania公司生产的陶瓷加热器，功率为500瓦，尺寸12.5×6.25厘米，装有Barber-Coleman 560型控制器。这个加热器70的作用是用来将粉末22熔化在纤维纱上，以得到粉末熔结涂覆的纤维纱49。纤维纱49然后再通过以上结合图8描述过的成带区。
加热器66和70的功率大小取决于材料和生产的线速度。对于生产6K的碳纤维纱，用PEEK树脂涂覆，线速度每分钟1.5米，制成1.25厘米宽的带子，上面所提到的加热器就可适用。
现在另举一个例子，成带区是由一个凸面或凹面的辊子60组成，如图12和13所示。粉末熔结涂覆的纤维纱49在张力下通过辊子60圆周上的某一点，在张力和辊子的凹面形状的共同作用下，纤维纱移到凹面的最低点，从而由纤维纱49转变成几何形状已定的带状材料50。纤维纱所受到的张力可通过收卷装置12或图中未显示的其它种类的装置来提供。通过改变辊子60凹面结构的相对半径以及作用在纤维纱49上的张力，就可将纤维纱49并合在一起，转变成几何尺寸选定的柔软的带状材料50。同前例一样，辊子60也可以加以冷却，从而可使树脂基体材料固化，使带状材料50例于操作处理。带状材料50然后通过导向轮68，通过收卷装置12卷装起来。另外，只要纤维纱上受到的张力足以能使柔软的多股预浸渍纱转变成带状，也可使用一个或多个平面辊子。
图20，21和22是用本发明生产的预浸渍纱的截面的照片。这些预浸渍纱是用玻璃纤维和聚丙烯基体材料做成。图23是用本发明制备的聚丙烯和加强玻璃纤维增强长丝的带状材料的照片。图23a的带状材料是在每分钟3米的线速度，采用一个114红外灯熔融树脂材料的条件下制备的，辊子所受的压力为275千帕。图23b的带状材料的制备条件为线速度每分钟1.4米，树脂基体材料在370℃下熔融，辊子上的压力为275千帕。
由本发明的方法，用粉末熔结涂覆的预浸渍纱制成的带状材料，具有一特定的几何形状，适合于长丝缠绕，先进的纤维纱铺放工艺以及挤拉等不同的加工方法。在长丝缠绕方法中，采用一个与最终产品形状相同的芯轴，将纤维纱缠绕在芯轴上。纤维铺放架沿着芯轴来回移动一定的距离，这是通过一个开环的控制器加以控制的。由于是开环的，控制器并不监测纤维纱的宽度。如果铺放的纤维纱的宽度太窄，则在相邻的纤维纱之间会产生一空隙;相反如果太宽，相邻铺放的纤维纱就会相互叠加。这两种情况都会影响最终产品的质量。先进铺放工艺对纤维纱也有同长丝缠绕类似的要求。
在挤拉工艺中，纱维束受拉力通过模具，形成一连续的二维的形状。如果被送过模具里的纤维纱没有一定的几何形状，势必会在模具内重新排列，造成最终产品中纤维分散不均匀，否则纤维或模具就会破坏。这种纱维的重新排列，产生了摩擦阻力，导致了牵引力的增加，也会引起纤维，甚至模具损坏。这些问题的出现，都表明需要采用具有一定几何尺寸的预浸渍纱。另外，长丝缠张和挤拉等加工工艺都需要柔软的预浸渍纱作为原料，才能保证最终产品的质量。而本发明的柔软的多股预浸渍带状材料正可以达到几何形状准确，并且性质柔软。
c.无纺织物如图14-17所示，在预浸渍纱133冷却时，或冷却以后，将它们用手工或机械排列组合起来，成为所需要的或者合适的结构，这样就可以制备成理想的织物139。比如，预浸渍纱133可以象图14a所示的那样，排列成单向的;也可象15a那样，排列成多向的，或者任意其它方向。然后将预浸渍纱133相互铺叠，结合在一起，即可成为本发明的无纺、柔软、多股预浸渍纱织物。将预浸渍纱133结合在一起的方法很多。对铺叠在一起的预浸渍纱，在选定的点用热熔方式连接起来，可做成点连接137的预浸渍纱织物。作为例子，图16可用作各种连接的一种形式。其它结合预浸渍纱133的方法还有用粘结剂纤维或纱线缝纫或纺织;针刺;水锤或压力点连接。图17表明，缝线138做出的织物139很好。图24的照片是用纤维交织结合而成的单向预浸渍纱无纺织物。
采用多头铺放设备可以将预浸渍纱133制成三维无纺织物，具有复杂外形的无纺织物以及二维或三维的预成型体。铺放纤维的芯轴(未示出)的形状可以按不同的要求制作，最终制出所需形状的织物或预成型体。本发明的这些产品可适合于制造各种复合材料结构。无纺织物可以象加工粘手的热固性预浸渍纱带那样，铺放成高级复合材料结构。无纺织物可做成预成型体用于树脂传递模塑或模压工艺。采用管子压延法可制成管状预成型体，这种工艺常用于制备高尔夫球杆，网球拍和帆船桅杆。
除此之外，也可制备一种价格低廉的二维织物，再用于后道工艺加工。本发明的产品比起用柔软多股预浸渍纱制成的纺织或编织织物的价格要低。用本发明的技术，含有室温下为固体的树脂材料的织物可做得很柔软。而通常的技术生产出来的织物却很硬挺。本发明使用固体树脂基体做成的织物既达到柔软，而且又浸润很好。树脂基体和增强纤维都采用纤维形状的织物结构，例如多混纱，交混编织，或纤维层、树脂层交替铺放的结构，尽管也很柔软，但却不能实现树脂对纤维的浸润，因而在固结过程中，这种双纤维结构就需要采用比本发明织物更加苛刻的加工条件。
上面的所有描述，只是用作说明解释之用，而并不是用来限止本发明方法的范围。下面即为本发明申请的权利要求。
权利要求
1.一种性能改进的，柔软的预浸渍纱的生产方法，该预浸渍纱包括多股预浸渍纱股，所说预浸渍纱股中含有增强长丝和树脂基体材料，该预浸渍纱的生产方法包括有下列各个步骤(a)将一股包括很多增强长丝组成的纤维纱分散，使所说增强长丝分散开来但仍保持一体；(b)用所说树脂基体材料涂覆所说增强长丝，在所说树脂基体材料与所说增强长丝之间产生界面粘结；(c)将与所说增强长丝相接触的所说树脂基体材料液化，直到所说树脂基体材料涂覆在所说增强长丝上面，形成所说预浸渍纱股。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，它还进一步包括有下列步骤(d)将预浸渍纱股冷却，在此冷却过程中，阻止相邻的纱股粘并，直至树脂基体材料固化。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，它还进一步包括有下列步骤(e)将涂覆过的增强长丝相互分离开。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，它还进一步包括有下列步骤(d)将热熔结涂覆过的所说预浸渍纱通过一成型装置，制成经熔结涂覆的预浸渍纱带状材料。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所说的成型装置对经熔结涂覆的所说预浸渍纱产生压力。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，所说制备经熔结涂覆的预浸渍纱带状材料的步骤是在所说树脂基体材料柔顺的温度下进行的。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，它还进一步包括对所说预浸渍纱股冷却的步骤，在此冷却过程中，阻止相邻的预浸渍纱股相互粘并，直至所说经熔结涂覆的预浸渍纱转变成经熔结涂覆的所说预浸渍纱带状材料。
8.根据权利要求4的方法，其特征在于，所说的带状材料成型过程是通过两个或多个相匹配的辊子完成的。在这些辊子中，至少有一个辊子，其圆周一般是凸出的形状，同时也至少有一个辊子，其圆周一般是凹下的形状，经熔结涂覆的所说预浸渍纱通过上凸和下凹的辊子之间的空隙，所说辊子中至少有一个辊子受力作用，从而将所说力传递给通过所说辊子间的经熔结涂覆过的所说预浸渍纱。
9.根据权利要求4的方法，其特征在于，所说的带状材料的成型步骤是通过一个圆周一般是下凹的结构的辊子完成的，熔结涂覆过的所说预浸渍纱受到张力，并位于下凹圆周结构的至少一部位内。
10.根据权利要求2的方法，其特征在于，它还包括下列各步骤(e)将包括至少一预浸渍纱铺叠成层，以形成一多层预浸渍纱结构;(f)将铺叠在一起的所说预浸渍纱连接在一起，形成一无纺预浸渍纱织物。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所说多层预浸渍纱在步骤e中铺叠成单向结构。
12.根据权利要求10的方法，其特征在于，所说多层预浸渍纱在步骤12e中铺叠成多向结构。
13.根据权利要求10的方法，其特征在于，将所说预浸渍纱连接在一起的方法选自热熔融，线缝，针刺，压力点连接，液体锤，缠结，粘结剂长丝混纺，粘结剂纱线混纺。
14.根据权利要求10的方法，其特征在于，步骤e和f多次重复。
15.根据权利要求2的方法，其特征在于，它还进一步包括有下列各步骤(e)将包括至少一所说预浸渍纱铺叠成层，以形成一多层预浸渍纱结构;(f)将所说预浸渍纱排列成所需的预成型体结构;(g)将所说预浸渍纱连接在一起，形成一预成型体。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，步骤e，f，g以任意顺序进行。
17.根据权利要求15的方法，其特征在于，步骤e，f，g同时进行。
18.根据权利要求15的方法，其特征在于，步骤e，f，g多次重复进行。
19.根据权利要求2的方法，其特征在于，它还进一步包括下列步骤(e)将所说多股预浸渍纱构造成复合材料制品。
20.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说树脂基体材料是未经使用过的原料。
21.根据1、2、3、4、10、15或18的方法中，其特征在于，所说树脂基体材料是未经使用过的原料。
22.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说树脂基体材料首先切碎，再研磨成粉末，然后涂覆到增强单纤维上去。
23.根据权利要求22的方法，其特征在于，所说树脂基体材料主要是由新塑料和回收塑料的混合物组成。
24.根据权利要求21的方法，其特征在于，所说树脂基体材料主要是由一种回收塑料组成。
25.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说的分散是横向分散。
26.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说增强长丝的分散是由作用在所说增强长丝的轴向张力来维持的。
27.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说树脂基体材料是以粉末状与所说增强长丝相接触的。
28.根据权利要求27的方法，其特征在于，所说粉末所包括的粒子平均直径比所说增强长丝的平均直径大两倍以上。
29.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说树脂基体材料选自ABS系列，缩醛类，丙烯酸类，醇酸树脂，烯丙基类，氨基类，环氧类，氟塑料，呋喃类，蜜胺类，尼龙类，酚醛类，苯基氧化物和苯基醚类，聚酰胺，聚酰胺-亚酰胺，聚丁烯类，聚碳酸酯，聚酯，聚双醚酮，聚醚酮，聚亚酰胺醚，聚乙烯类，聚亚酰胺类，聚甲基戊烯类，聚硫化苯类，聚丙烯类，聚苯乙烯类，聚氨酯类，砜类，脲类和乙烯基类，上述材料的混合物，铜，低熔点金属，陶瓷的母体化合物。
30.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说长丝的平均直径不超过25微米。
31.根据权利要求30的方法，其特征在于，所说长丝是连续长丝。
32.根据权利要求31的方法，其特征在于，所说单纤维的熔点高于用其制备的预浸渍纱的固结温度。
33.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说长丝在电气上是接地的。
34.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说长丝选自玻璃纤维，碳纤维，石墨纤维，有机纤维，陶瓷纤维，金属纤维和混纺纤维。
35.根据权利要求34的方法，其特征在于，所说有机纤维选自熔点很高的液晶纤维。
36.根据权利要求35的方法，其特征在于，所说混纺纤维选自酰胺/碳;酰胺/玻璃;酰胺/碳/玻璃，和碳/玻璃纤维。
37.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说长丝在冷却步骤中相互分离。
38.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说长丝在冷却步骤之前相互分离。
39.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说增强长丝在相当大的程序上被树脂基体材料浸润。
40.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说纱股的平均长度大于其平均宽度。
41.根据权利要求40的方法，其特征在于，所说纱股的平均宽度大于其平均厚度。
42.根据权利要求41的方法，其特征在于，所说平均长度至少是宽度的30倍。
43.根据权利要求1、2、3、4、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说预浸渍纱股中的树脂基体材料的体积含量超过25%。
44.根据1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说预浸渍纱股的平均每股厚度约小于100微米。
45.根据权利要求44的方法，其特征在于，所说预浸渍纱股的平均每股厚度约小于75微米。
46.根据权利要求45的方法，其特征在于，所说预浸渍纱股的平均每股厚度约为10到50微米之间。
47.根据权利要求46的方法，其特征在于，所说预浸渍纱股的平均每股厚度约为15到30微米之间。
48.根据权利要求2、3、10、15或18的方法，其特征在于，所说涂覆过的增强长丝在冷却过程中分组形成预浸渍纱股。
49.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，它在所说分散步骤和涂覆步骤之间还进一步包括一个脱除所说增强长丝的退浆的步骤。
50.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，它在所说分散步骤和涂覆步骤之间，还包括一个对所说增强长丝施加增粘剂或上浆液的步骤。
51.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，它在所说分散步骤和涂覆步骤之间，还包括一个对所说增强长丝进行表面活化的步骤。
52.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，它还进一步包括一个集合(gathering)步骤。
53.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，它还进一步包括一个抛光步骤。
54.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说涂覆步骤是通过一个静电流化床涂覆装置来完成的。
55.根据权利要求1、2、3、4、10、15或18的方法，其特征在于，所说涂覆步骤是通过一个粉末涂覆装置来完成的。
56.一种性能改进的柔软的预浸渍纱，它包括多股预浸渍纱股，所说预浸渍纱股包括增强单纤维和树脂基体材料;所说增强材料被分散开来，但仍保持一体，然后在很大程序上被所说树脂基体材料浸润，使得所说预浸渍纱股充分固结成复合材料制品，且所说预浸渍纱股的平均厚度小于100微米。
57.一种已知几何形状的，性能经改进的，柔软的预浸渍纱带状材料，它包括根据权利要求56中的预浸渍纱，其特征在于，所说预浸渍纱股被转变成预浸渍纱带，使得预浸渍纱股中的空隙要少于预浸渍纱带状材料中的空隙。
58.根据权利要求57中的性能经改进的柔软的预浸渍纱带状材料的制备过程，其特征在于，包括如下步骤(a)提供增强长丝和树脂基体材料;(b)用所说树脂基体材料涂覆所说增强长丝;(c)对所说增强长丝和所说树脂基体材料加热，使与所说增强长丝接触的所说树脂基体材料液化，并涂覆所说增强长丝，从而制成熔结涂覆的预浸渍纱;(d)将所说熔结涂覆的预浸渍纱通过一成型装置，对其施以成型力，从而将其转变成熔结涂覆的预浸渍纱带状材料。
59.一种无纺预浸渍纱的织物，它包括根据权利要求56中的那种预浸渍纱，其特征在于，所说预浸渍纱被铺叠成包括至少一预浸渍纱层，然后再连接起来，从而制成无纺预浸渍纱的织物。
60.一种根据权利要求59的那种无纺预浸渍纱的织物制成的多维预成型体，其特征在于，所说预浸渍纱被铺叠成包括至少一预浸渍纱层，然后连接成所需要的构型，从而制成预成型体。
61.一种根据权利要求56中的多个预浸渍纱制成的复合材料制品，其特征在于，所说多个预浸渍纱被排列成所需要的构型，然后将它们连接成具有所说复合材料制品一般结构的预成型体，再将所说预成型体进一步加工成所说复合材料制品。
62.一种根据权利要求56中的多个预浸渍纱组成的复合材料制品，其特征在于，所说树脂基体材料包括回收塑料;所说增强长丝在很大程度上被所说树脂基体材料浸润，使得所说预浸渍纱股的空隙含量要低于多股预浸渍纱的空隙含量。
63.根据权利要求56-62中任一权利要求的那种性能经改进的，柔软的预浸渍纱，其特征在于，所说预浸渍纱股的平均厚度小于75微米。
64.根据权利要求63中的那种性能经改进的预浸渍纱，其特征在于，所说预浸渍纱股的平均厚度约为10到50微米。
65.根据权利要求64中的那种性能经改进的，柔软的预浸渍纱，其特征在于，所说预浸渍纱股的平均厚度约为10到30微米。
66.根据权利要求56-62中任一权利要求的那种性能经改进的柔软的预浸渍纱带状材料，其特征在于，所说预浸渍纱中各纱股之间通过共有的增强长丝相连接。
67.根据权利要求59中的那种无纺预浸渍纱的织物，其特征在于，所说多层预浸渍纱铺叠成单向构型。
68.根据权利要求59中的那种无纺预浸渍纱的织物，其特征在于，所说多层预浸渍纱被铺叠成多向构型。
69.根据权利要求59中的那种无纺预浸渍纱的织物，其特征在于，将所说预浸渍纱连接在一起的方法选自热熔融连接，线缝，针刺，压熔树脂基体材料，压力点连接，液体锤，缠结，粘结剂长丝混纺，粘结剂纱线混纺。
70.根据权利要求62中的那种复合材料制品，其特征在于，所说树脂基体材料还包括未经使用过的新塑料。
71.根据权利要求62中的那种复合材料制品，其特征在于，所说树脂基体材料主要包括回收塑料。
72.根据权利要求62中的那种复合材料制品，其特征在于，所说树脂基体材料主要包括塑料混合物。
73.根据权利要求62中的那种复合材料制品，其特征在于，所说树脂基体材料主要包括一种回收塑料组成。
74.根据权利要求56-61中任一权利要求的那些制品，其特征在于，所说预浸渍纱股中的空隙含量要低于预浸渍纱中的空隙含量。
全文摘要
一种改进的柔软的多股预浸渍纱，用其制作的产品以及制备的方法。该预浸渍纱包括由增强长丝和基本上将之浸润的树脂基体材料构成的多股预浸渍纱股。长丝预浸渍纱股实际上成为不含空隙的复合材料制品。制备该预浸渍纱的方法包括步骤分散增强长丝；树脂基体材料涂覆增强纤维，使树脂基体材料与增强长丝之间产生界面粘结；加热与增强材料相接触的树脂基体材料；冷却预浸渍纱股。产品包括带状材料，无纺织物，多向织物，预成型体和复合材料结构等。
文档编号D02G3/40GK1082125SQ92109098
公开日1994年2月16日 申请日期1992年7月31日 优先权日1992年7月31日
发明者J·D·马齐, B·瓦鲁希斯, J·S·科尔顿 申请人:佐治亚科技研究公司