CN100540594C - 利用湿法使用短切纤维股(wucs)的热塑性复合材料 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于成形热塑性复合材料(295)的工艺，上述工艺使用湿法使用短切玻璃纤维。湿增强纤维如湿法短切纤维股玻璃纤维借助使纤维依次通过第一开松机(210)，冷凝器(220)，和可选地，第二开松机(230)而被开松。开松的增强纤维与树脂纤维(240)混合，并转移到第一片材成形机(270)。树脂纤维优选的是聚丙烯纤维。可以使用可选的第二片材成形机来形成最终具有高结构整体性的复合材料。产生的片材可以可选地通过针刺成毡机(280)而机械强化。然后使片材通过热粘合机(290)，以便热粘合增强玻璃纤维和树脂纤维。从热粘合机出来的复合材料产品随后可以用作模制工艺中的增强材料而生产复合材料制品。

Description

利用湿法使用短切纤维股(WUCS)的热塑性复合材料
本发明的技术领域和工业适用性
本发明一般涉及用于生产热塑性复合材料的工艺，更具体地说，涉及用于形成热塑性复合材料的干法成网工艺，上述热塑性复合材料使用湿法使用短切纤维股(wet use chopped strand，简称WUCS)玻璃纤维。
发明背景
通常，玻璃纤维通过下述方法制成，即穿过套筒或孔板将熔融玻璃拉拔成长丝，并涂覆浆液组份到长丝上，所述浆液组份含有润滑剂，偶合剂，和成膜粘合树脂。含水的浆液组分给纤维提供保护，防止纤维相互磨损并促进玻璃纤维与任何要把玻璃纤维用于增强目的的基体之间的相容性。在涂覆浆液组分之后，可以把纤维集合成一股或多股，并缠绕成包装，或者作为一种选择，纤维也可以在湿的状态下被切短并被收集起来。然后可以将收集的短切纤维股干燥和固化，以便形成干法使用的短切纤维股玻璃纤维(DUCS)，或者可将它们在其湿的状况下包装形成湿法使用短切纤维股玻璃纤维(WUCS)。这种短切玻璃纤维股通常用作热塑性塑料制品中的增强材料。在该技术中已经公知，玻璃纤维增强的聚合物复合材料，与未增强的聚合物相比，具有更高的机械性能。因此，用玻璃纤维增强复合材料可以实现较好的尺寸稳定性、抗拉强度和抗张模量、挠曲强度和模量、耐冲击性和耐蠕变性。
对许多种合成塑料复合材料来说，纤维垫极为适合作为增强材料，上述纤维垫是纤维状非织造增强材料的一种形式。从短切玻璃纤维生产玻璃纤维垫的两种最常见的方法是湿法成网加工法和干法成网加工法。一般，在常规湿法成网工艺中，短切纤维是分散在水浆料中，所述水浆料可以含有表面活性剂、粘度改性剂、消泡剂或其它化学药剂。一旦把短切玻璃纤维加到浆料中，就搅拌浆料以使纤维分散。然后将含有纤维的浆料沉积到移动的筛上，并除去大部分水而形成纤维网。然后涂覆粘合剂，并将所获得的纤维垫干燥以便除去剩余的水和使粘合剂固化。所形成的非织造纤维垫是分散的许多单根玻璃长丝的组合件。当希望很均匀的纤维分布时，通常使用湿法成网工艺。
常规干法成网工艺包括一些工艺如气流成网工艺和梳理成网工艺。在常规气流成网工艺中，将干燥后的短切玻璃纤维用气流吹送到输送机或筛网上，并强化(consolidate)形成纤维垫。例如，将干的短切纤维和聚合物纤维悬浮在空气中，并作为松散的纤维网收集在筛网或多孔滚筒上，然后强化以便形成随机取向的纤维垫。在常规梳理成网工艺中，一系列用细金属丝和齿覆盖的滚筒将玻璃纤维梳理成一些平行的行列，以便赋予纤维网方向性能。滚筒的确切构造将取决于所希望的纤维垫重量和纤维取向。所形成的纤维网可以是平行铺置的纤维网，大部分纤维是在纤维网行进的方向成网，或者纤维网也可以是随机铺置的纤维网，纤维没有特定的取向。
干法成网工艺特别适合于生产十分多孔的纤维垫，并适合于用在希望最终纤维垫中有开放结构的地方，以便能快速渗透各种液体或树脂。然而，这类常规干法成网工艺往往会产生在整个表面区域上重量分布不均匀的纤维垫，尤其是当和用湿法成网工艺所形成的纤维网相比时更是如此。此外，使用干的短切输入纤维比湿法成网工艺中所用的纤维工艺更费钱，因为在干法成网工艺中的纤维通常是在短切之前在若干分开的步骤中干燥和包装。
对于在形成复合材料部件时某些增强应用来说，理想的是形成下述纤维垫，其中纤维垫包括开放的多孔结构(如在干法成网工艺中那样)，并具有均匀的重量(如在湿法成网工艺中那样)。因此，在该技术领域中一直需要有成本低廉而有效的工艺，来形成下述非织造纤维垫，即所述非织造纤维垫具有基本上均匀重量分布，并且具有开放的多孔结构，所述结构可以在生产增强复合材料部件中使用，克服了常规湿法成网工艺和干法成网工艺的缺点。
发明概述
本发明的目的是提供一种干法成网工艺，所述干法成网工艺用于形成使用湿增强纤维的热塑性塑料复合材料。在优选实施例中，湿增强纤维是湿法使用短切纤维股玻璃纤维。通常，湿增强纤被聚集成许多分立玻璃纤维的包件、包装、或纤维束的形式。在第一步骤中，将湿增强纤维和树脂纤维开松。尤其是，将湿增强纤维的纤维束，或聚集体送入第一开松机中，所述第一开松机至少部分地开松纤维束，并使湿增强纤维单纤维化。然后第一开松机将至少部分开松的湿增强纤维束送到冷凝器，以便除去湿强纤维中的水。然后可以将增强纤维转移到第二开松机，所述第二开松机使增强纤维进一步单纤维化并分开。树脂纤维借助使树脂纤维通过第三开松机开松。优选的是，树脂纤维是聚丙烯纤维。在一些可供选择的实施例中，树脂可以取薄片、颗粒、成粉体形式。可从选择地，除了树脂纤维之外，可以加入取薄片、颗粒、或粉体形式的树脂。第一、第二和第三开松机可以是如该技术中众所周知包件开松机。
在第二步骤中，通过将增强纤维和树脂纤维转移到鼓风机单元上使增强纤维和树脂纤维混合。在鼓风机单元中，增强纤维和树脂纤维于气流中混合在一起。优选的是，气流中大的20％-60％纤维是增强纤维，而气流中40％-80％的纤维是树脂纤维。
在第三步骤中，把混合的增强纤维和树脂纤维从鼓风机单元转移到第一片材成形机中，纤维在此处成形为片材。在本发明的某些实施例中，增强纤维和树脂纤维是从鼓风机单元转移到装料箱塔(fillingbox tower)中，所述装料箱塔按体积将增强纤维和树脂纤维的混合物送到第一片材成形机中。装料箱塔还可以包括折流板(baffle)，以便帮助混合增强纤维和树脂纤维。可选地，可以把片材转移到第二片材成形机上。用从第二片材成形机出来的片材制成的复合材料制品具有一重量分布为100-3000g/m2。
在可选的第四步骤中，从第一片材成形机或是第二片材成形机中出来的片材经受针刺工艺，在所述针刺工艺中使针穿过片材的纤维，以使增强纤维和树脂纤维缠结。针刺工艺可以在针刺成毡设备中进行。
在形成片材之后或是在可选的针刺工艺之后，使片材通过热粘合机，以便热粘合增强纤维和树脂纤维。热粘合机可以包括该技术领域中已知的任何已知加热和粘合方法。根据所用具体树脂纤维的熔点，热粘合机的温度可以是在约100℃-约250℃范围内。从热粘合机出来的复合材料产品，例如粘合的纤维垫，随后可以用作模制工艺中的增强材料，以便生产热塑性复合材料制品。
本发明的另一个目的是提供一种用于形成复合材料产品的设备，上述复合材料产品用湿的增强纤维制成。优选的是，以许多玻璃纤维聚集成的包件、包装、或束形式的湿法使用短切纤维股玻璃纤维是湿的增强纤维。设备包括：第一开松机，所述第一开松机至少部分地开松湿的增强纤维束；冷凝器，所述冷凝器排除湿的增强纤维中的水；鼓风机单元，所述鼓风机单元使增强纤维和树脂纤维混合；第一片材成形机，所述第一片材成形机形成混合的增强纤维和树脂纤维片材；及热粘合机，所述热粘合机粘合增强纤维和树脂纤维，并形成复合材料产品。在优选实施例中，设备包括第二开松机，所述第二开松机将增强纤维与至少部分开松的增强纤维束分开。此外，设备可以包括第二片材成菜机、装料箱塔和/或针刺成毡设备，上述片材成形机进一步将片材成形，上述装料箱塔将增强纤维和树脂纤维的混合物送到第一片材成形机，而上述针刺成毡设备机械地强化片材。
本发明还包括用于成形隔热或隔声片材和/或重量轻的短切纤维股玻璃纤维垫的工艺。在这种工艺中，未使用树脂纤维。湿的增强纤维，例如，湿法使用短切纤维股玻璃纤维是借助使湿的增强纤维依次通过第一开松机，冷凝器，和可选地，第三开松机，将其开松。然后通过鼓风机单元将湿的增强纤维转移到片材成形机上。从片材成形机出来的片材几乎不具有结构整体性。结果，片材可以输送到针刺加工设备上而机械强化。粘合树脂在片材通过热粘合机之前加入。粘合树脂可以用该技术的技术人员已知的任何方式加入。最终产品，例如，纤维垫，可以用作隔热隔声产品或者与其它类型泡沫塑料和聚合物底材结合。
本发明的上述和其它的目的、特点和优点从下面结合附图所作的详细说明将更十分显而易见。然而，应该清楚地理解，附图是用于示例性目的，而不应看作是限制本发明的范围。
附图简介
图1是示出按照本发明所述示例性干法成网工艺的步骤流程图；
图2是利用按照本发明至少一个示例性实施例所述湿法使用短切纤维股玻璃纤维气流成网工艺示意图；
图3是其中不用树脂纤维的本发明可供选择的实施例示意图；及
图4是用常规干法成网工艺所形成的复合材料和用本发明示例性实施例所形成的复合材料二者声学性能的曲线图。
具体实施方式
除非另有说明，否则本文所用的所有科技术语都具有与本发明所属技术领域的技术人员普遍理解相同的意义。尽管与本文所述类似或等效的任何方法和材料在本发明的实施应用和试验中都可以使用，但本文说明的是优选方法和材料。应该注意，在所有附图中所发现的同样标号都代表同样的元件。
本发明涉及用于形成热塑性复合材料的工艺，所述工艺在干法成网工艺中使用湿增强纤维，例如，湿法使用短切纤维股(WUCS)玻璃纤维。如图1所示，工艺包括：开松增强纤维和树脂纤维(步骤10)；将增强纤维和树脂纤维混合(步骤20)；将增强纤维和树脂材料成形为片材(步骤30)，可选地针刺片材以便使片材结构获得整体性(步骤40)；及将片材热粘合(步骤50)。如本文所用的术语“片材(sheet)”含义还包括术语“面网(veils)”或“纤维垫(mats)”。术语“片材”、“纤维垫”和“面网”可以互换使用。
在图1所示的步骤20中，将增强纤维和树脂纤维开松。合适的增强纤维包括，但不限于，湿法使用短切纤维股玻璃纤维。任何类型的玻璃纤维，如A型玻璃纤维、C型玻璃纤维、E形玻璃纤维和S型玻璃纤维，都可以用作湿法短切纤维股玻璃纤维。如在本发明中所用的湿增强纤维通常被聚结成包件、包装或纤维束形式。如本文所用的术语“纤维束”意思是指湿增强纤维任何类型的聚结物，所述“纤维束”对该技术的技术人员来说很容易识别和理解。
在优选实施例中，增强纤维是湿法使用短切纤维股(WUCS)玻璃纤维。用作增强纤维的湿法使用短切纤维股玻璃纤维可以用该技术领域已知的常规工艺制成。优选的是，湿法使用短切纤维股玻璃纤维具有水分含量5％-30％，而更优选的是水分含量为5％-15％。短切纤维股玻璃纤维优选的是具有长度为6-75mm，而更优选的是具有长度为18-50mm。此外，玻璃纤维的直径可以是在11-25微米范围内，但更优选的是玻璃纤维直径是在12-16微米范围内。
在本发明工艺中所用的树脂纤维类型没有特别限制，包括合成纤维如聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维、聚醋酸乙烯酯(PVA)纤维、乙烯醋酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)纤维、丙烯酸低碳烷基酯聚合物纤维、丙烯腈聚合物纤维、部分水解的聚醋酸乙烯酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯吡咯烷酮纤维、苯乙烯丙烯酸酯纤维、尼龙纤维、纤维素纤维(例如棉)，天然纤维(例如剑麻、黄麻、洋麻、和大麻)，或者上述纤维的任何组合。在优选实施例中，树脂纤维是聚丙烯纤维。优选的是，树脂纤维长度为6-75mm，而更优选的是长度为18-50mm。树脂纤维可以具有单位长度重量为3-30旦，优选3-7旦。树脂纤维可以用酸性基团官能化，例如通过用酸如马来酸或丙烯酸进行羧化，或者树脂纤维可以通过加成酐基或醋酸乙烯酯官能化。在一些可供选择的实施例中，树脂可以取薄片、颗粒、或粉体形式而不是取纤维形式。可供选择地，除了树脂纤维之外，可以加入取薄片、颗粒、和/或粉体形式的树脂。
现在转到图2，可以最佳看出湿法增强纤维和树脂纤维的开松。尽管图2示出湿法使用短切纤维股玻璃纤维(WUCS)的开松，但该技术领域技术人员是能理解这是一种优选湿法增强纤维，但任何合适的湿法增强纤维在所图示的工艺中都可以利用。为了开松湿法使用短切纤维股玻璃纤维，将通常取一些分立的玻璃纤维构成的包件、包装或纤维束形式的WUCS玻璃纤维200被送入第一开松机210中，所述开松机210至少部分地将WUCS玻璃纤维200开松，单纤维化(filimentize)(例如个体化(individualize))。然后第一开松机210可以将WUCS玻璃纤维200配送或喂送到冷凝器220中，在此处排除WUCS玻璃纤维200中的水分。在一些示例性实施例中，大于70％的游离水，例如玻璃纤维外部的水都被除去。然而，优选的是，基本上全部的水都通过冷凝器200除去。应该注意，如本文所用的措辞“基本上全部的水”意思是表示全部或几乎全部的游离水都被除去。
一旦WUCS玻璃纤维200通过冷凝器220，则WUCS玻璃纤维200可以通过第二开松机230。第二开松机230进一步使WUCS玻璃纤维200单纤维化并分离。
为了开松树脂纤维240，使树脂纤维240通过第三开松机250，在此处树脂纤维240开松并单纤维化。在树脂取薄片、颗粒或粉体形式的可供选择的实施例中，第三开松机250可以用一个设备代替，所述设备适合于将树脂分布到鼓风机单元260，以与WUCS玻璃纤维200混合。合适的设备为该技术领域的技术人员所熟知。在除了树脂纤维240之外，使用取薄片、颗粒或粉体形式树脂的实施例中，分布薄片、颗粒或粉体的设备不能代替第三开松机250。另外，可在热粘合机290中的热粘合之前，可以除了树脂纤维240之外或者代替树脂纤维24而加入树脂粉体、薄片或颗粒。
其它类型的纤维如短切粗纱、干法使用短切纤维股玻璃纤维、A型玻璃纤维、C型玻璃纤维、E型玻璃纤维或S型玻璃纤维、天然纤维(例如，黄麻，大麻，和洋麻)、芳族酰胺纤维、金属纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、碳纤维、石墨纤维、聚合物纤维，或上述纤维的组合可以根据最终复合材料所希望的构成而通过附加的开松机(未示出)开松和单纤维化。这些纤维可以加到鼓风机单元260内的气流中，并与WUCS玻璃纤维混合，如下面针对树脂纤维240所述的那样。当加入这些纤维时，优选的是气流中10％-30％纤维由这些附加的纤维组成。
第一、第二和第三开松机(210，230，250)优选的是开包机(bale开松机的设计取决于要开松纤维的类型和物理特性。适合在本发明中使用的开松机包括任何常规标准型带或不带称量装置的开包机。开包机可以装备有各种精细开松机，并可以可选地包含一个或多个刺辊或锯齿形滚筒。开包机可以装备有喂给辊(feeding roller)或喂给辊与凸杆(nose bar)的组合。冷凝器220可以是该技术领域中已知的任何已知干燥装置或除水装置，如，但不限于，空气干燥机、烘箱、辊、抽吸泵、加热滚筒干燥机、红外加热源、热风鼓风机和微波发射源。
在WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240已开松和单纤维化之后，将它们转移到鼓风机单元260中，在此处WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240在气流中混合在一起(图1中步骤20)。优选的是，在气流中大约20％-60％纤维是增强纤维，例如，WUCS玻璃纤维，而气流中40％-80％纤维是树脂纤维。优选的是，增强纤维在气流中存在量为40％-60％。
然后通过气流将混合的WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240从鼓风机单元260转移到第一片材成形机270，在此处纤维成形为片材(图1中步骤30)。在本发明的一个示例性实施例中，把开松的WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240从鼓风机单元260转移到装料箱塔(fillingbox tower)265，以便比如通过电子称重设备按体积将WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240送入第一片材成形机270中。装料箱塔265可以位于第一片材成形机270中，或得可以设置在第一片材成形机外部。此外，装料箱塔265可以包括折流板，以便在进入第一片材成形机270之前进一步使WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240掺合和混合。
在可供选择的实施例(未示出)中，将经过混合的WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240吹送到一个或一系列覆盖有细金属丝或齿的滚筒上，以便在纤维进入第一片材成形机270之前将纤维梳理成平行行列，如在梳理工艺中那样。
在优选实施例中，把由第一片材成形机所成形的片材转移到第二片材成形机275。第二片材成形机275使该片材具有基本上是均匀的WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240分布。此外，第二片材成形机275使最终的复合材料产品295具有高结构整体性。尤其是，所形成的复合材料产品295可以具有重量分布为100-3000g/m2，优选情况下的范围为600-2000g/m2。
第一和第二片材成形机270，275可以包括至少一个刺辊滚筒，所述刺辊滚筒具有2-4个筛筒。根据所用的增强纤维，第一和第二片材成形机270，275可以装备下列部件中的一个或多个：冷凝器、分配输送机、粉体撒布机和薄片撒布机。具有冷凝器和分配输送器的片材成形机通常用来达到将更多的纤维送入装料箱塔中，并增加空气通过装料箱塔的体积。为了达到改善的开松纤维交叉分配，分配输送机可以在片材方向的横向运行。结果，开松的纤维可以在很小压力或没有压力情况下从冷凝器转移到装料箱塔中。
从第一片材成形机270和第二片材成形机275出来的片材具有很少的结构整体性。所以，片材可以可选择地经受针刺工艺，在所述针刺工艺中，推动针穿过片材的纤维，以便使WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240缠结(图1中步骤40)。针刺工艺可以在针刺成毡设备280中进行。针刺成毡设备280可以包括纤维网喂给机构，带针板的针板横梁，每米机器宽度约500到约7500数量范围内的倒钩制毡针、剥离板、底板和卷取机构。WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240的机械联锁通过使倒钩制毡针重复进出片材实现。供在本发明工艺中使用所选定的与特定增强纤维和树脂纤维一起用的最佳刺针选择对该技术领域的技术人员很容易。
在片材成形步骤30或者可选的针刺步骤40之后，使片材通过热粘合机290，以便热粘合WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240。在热粘合时，利用树脂纤维的热塑性来在加热时与增强纤维(例如，WUCS玻璃纤维200)粘合。热粘合机290可以包括该技术领域中已知的加热和粘合方法，如烘箱粘合法，利用强制空气的烘箱粘合法、红外加热法、热压延法、带式压延法、超声波焊接、微波加热和加热滚筒。可选地，可以将这些粘合方法中两种或多种方法组合，以便将WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240粘合成片材。根据所用具体树脂纤维的熔点，热粘合机290的温度可以在约100℃-约250℃范围内。
尽管可以利用树脂纤维的热塑性来粘合增强纤维(例如，WUCS玻璃纤维200)和树脂纤维(例如树脂纤维240)，但可以把单组分粘合纤维，双组分粘合纤维，和/或粉状聚合物加到片材中，以便进一步粘合WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240。这类纤维的典型例子包括聚酯纤维、聚乙烯纤维及聚丙烯-聚乙烯纤维。这些粘合剂可以在鼓风机单元260中WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240开始混合期间加入。如果粘合剂是粉状或薄片状，则它可以在片材进入热粘合机290之前加到片材中。用于将粘合剂加到片材中的合适方法包括将粘合剂喷涂到片材上和用粘合剂浸渍或涂覆片材。当含有粘合剂的片材通过热粘合机290时，粘合剂进一步粘合WUCS玻璃纤维200和树脂纤维240。
可以在片材从第一片材成形机270或第二片材成形机275中出来之后用来增加片材强度的另一种方法是化学粘合法。在化学粘合法中，将粘合剂涂覆到片材或纤维网上，以便粘合增强纤维和树脂纤维。液体基的粘合剂、粉状粘合剂、泡沫粘合剂以及有些情况下有机溶剂都可用作化学粘合剂。化学粘合剂的合适例子包括，但不限于，丙烯酸酯聚合物及共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物、及它们的组合。例如，聚醋酸乙烯酯(PVA)、乙烯醋酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)共聚物、低碳烷基丙烯酸酯聚合物、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈聚合物、聚氨酯、环氧树脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、及偏二氯乙烯与其它单体的共聚物、部分水解的聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯树脂、和苯乙烯丙烯酸酯都可以用作粘合剂。化学粘合剂可以通过浸渍、涂覆或喷涂片材而均匀地分布。尽管开始化学粘合的温度要求低于热粘合增强纤维和树脂纤维的温度要求，但化学粘合不象热粘合法那样理想，因为化学粘合法要求除去过量粘合剂和进一步干燥片材。
从热粘合机290出来的复合材料产品295，例如粘合的纤维垫，随后可以用作模制法中的增强材料，来生产复合材料制品。例如，复合材料产品295可以在模制汽车用半结构化隔声部件中使用，可以在家具工业中如制造座位靠背中，在室的隔板中使用，并且也可以在其它工业应用中如工业和建筑车辆的部件中使用。所制成的复合材料产品295可以在再加热时膨胀(例如，膨松)，以便提供增加的刚挺度和声学性能给复合材料产品295。此外，复合材料产品295可以通过常规的夹持滚压(nip rolling)(未示出)或层合法进一步处理，以便敷贴稀布和薄膜。随后的剪切开槽(未示出)提供最终产品，该最终产品然后可模制成汽车用车顶内衬或其它内部部件，如装饰衬板、小件行李架、遮阳篷、仪表板结构及车门内部。
从热粘合机290出来的复合材料制品295的制造工艺可以是在线进行，也就是说，用连续的方式进行，或者用若干单独步骤进行。优选的是，工艺是在线进行。而且，任何附加的工艺步骤如加入专用薄膜，稀布和/或织物都认为是在本发明的范围之内。
现在转向图3，从图3可以看出本发明工艺可供选择的实施例。在这个可供选择的实施例中，没有用树脂纤维。尤其是，湿的增强纤维300，例如，湿法使用短切纤维股玻璃纤维，是借助使通常由一些分立纤维构成的包件、包装、或纤维束形式的湿增强纤维300依次通过第一开松机210，冷凝器220，和可选的，第二开松机(图3中未示出)开松。然后通过鼓风机单元260将湿的增强纤维300输送到第一片材成形机270。另外，湿的增强纤维300也可以在进入第一片材成形机270之前输送到装料箱塔265上。装料箱塔265按体积将增强纤维300送到第一片材成形机270。如上述优选实施例中那样，片材可以可选地输送到第二片材成形机(图3中未示出)和/或用于机械增强的针刺成毡设备280。粘合树脂350可以在片材通过热粘合机290之前添加。粘合树脂350可以在通过任何合适的方式，如象溢出提取(flood and extract)法或通过将粘合树脂350喷酒在片材上加入。任何能粘合湿的增强纤维300的粘合树脂都可以使用。合适的例子包括单组分和双组分纤维或粉体。另外，粘合剂的量可以根据所希望的纤维垫类型改变。然后使片材通过热粘合机290以便使粘合树脂350固化，并给增强纤维300提供结构整体性。另外，也可以使用催化剂如氯化铵、p-甲苯、磺酸、硫酸铝、磷酸铵或硝酸锌来改善固化速率和固化粘合树脂的品质。最终产品395，例如，纤维垫，可以用作隔热或隔音产品或者与其它类型泡沫塑料或聚合物基底结合使用。
本发明的工艺提供许多优于常规干法成网工艺和湿法成网工艺的优点。尤其是，本发明的工艺提供增强纤维和树脂纤维在所形成的纤维垫和复合材料产品二者中相当均匀的分布。术语“增强纤维和树脂纤维相当均匀的分布”意思是指增强纤维和树脂纤维均匀的分布或几乎均匀的分布。此外，在本发明工艺中使用湿法使用短切纤维股玻璃纤维使本工艺尤其是当与常规使用干法使用短切纤维股玻璃纤维的干法成网工艺相比时，具有更低的成本。此外，本发明方法可以修改，以便通过加入另外类型增强纤维和/或树脂纤维得到许多所希望的复合材料性能。另外，增强纤维的浆料化学物品可以很容易适合于匹配各种树脂纤维类型的性能。结果，通过按照本发明所述的工艺可以制成各种纤维垫和复合材料产品。
此外，所制成的复合材料产品可以在再加热时膨胀(例如，膨松)，以便提供比用常规湿法成网工艺生产的产品增加的刚挺度和声学性能。例如，用常规湿法成网工艺制成的含55％WUCS玻璃纤维的800GSM产品可以使其高度膨松约5mm，而用本发明工艺制成的含55％WUCS玻璃纤维的复合材料产品可以膨松到约9mm。这种膨松能使用本发明工艺制成的复合材料具有更多的吸声能力。
一般说来，本发明通过参照下面所列举的一些具体示例可以得到进一步理解，所述具体示例除非另有说明，否则仅是提供用于举例说明的目的，而不应理解为是排它性的或限制性的。
实施例
复合材料产品按照本发明所述的示例性实施例生产。尤其是，将湿法使用短切纤维股玻璃纤维借助使WUCS纤维依次通过第一开包机，冷凝器，和第二开包机进行干燥和分开。通过第三开包机将聚丙烯纤维开松，并将开松的聚丙烯纤维加到WUCS玻璃纤维并转移到片材成形机上。接着，使片材通过热粘合烘箱，以便形成复合材料产品，上述热粘合烘箱具有温度为140℃-200℃。所形成的复合材料含有约55％WUCS玻璃纤维和45％聚丙烯纤维。此外，还通过使用利用湿法使用短切纤维股玻璃纤维和聚丙烯纤维的常规湿法成网工艺制成复合材料产品。如本发明制成的复合材料一样，用常规法制成的复合材料产品含有约55％WUCS玻璃纤维和45％聚丙烯纤维。
本发明的复合材料产品与用常规湿法成网工艺制成的复合材料产吕声学性能的比较按照ASTEM E1050进行。结果在表1中示出。表1的曲线图在图4中示出。如图4中可以看出中，用本发明生产的复合材料产品(用实线表示)与用常规湿法成网工艺制成的复合材料产品(用虚线表示)相比，显示出优越的吸声性能。
表1
  频率(Hz)   本发明工艺   常规湿法成网工艺
  250   0.02   0.02
  500   0.06   0.04
  1000   0.11   0.07
  2000   0.28   0.18
  2500   0.38   0.28
  3150   0.52   0.43
  4000   0.69   0.61
  5000   0.85   0.70
  6300   0.97   0.71
下面所示的表2列出由本发明工艺所制成的复合材料制品，常规湿法成网工艺所制成的复合材料，及常规干法成网工艺形成的复合材料各种性能的比较。声学测量按照ASTM E1050进行，而机械强度测量按照SAE J949进行。如表2所示，由本发明工艺所制成的复合材料与常规干法成网工艺相比，显示出优越的重量一致性、增强材料含量一致性、及机械性能。此外，由本发明工艺所制成的复合材料与常规湿法成网工艺相比，显示出加热之后的优越的声学性能和厚度(例如，膨松)。另外，在表2中可以看出，用本发明工艺制成复合材料的成本低于用常规干法成网工艺制成复合材料的成本。
表2
  性能   本发明工艺   常规湿法成网工艺   常规干法成网工艺
  重量一致性   ±3-5％   ±3-5％   ±5-10％
  增强材料含量一致性   ±2％   ±2％   ±3-5％
  机械性能   100％   100％   80-90％
  声学性能   100％   70-90％   100％
  加热后的厚度   100％   50-60％   100％
  成本   100％   100％   110-120％
本发明申请上面已经泛泛地和对一些具体实施例进行了描述。尽管本发明已说明了一些认为是优选实施例的东西，但在上述泛泛公开内该技术领域的技术人员可选择各种已知的替代方案。除了下面所述权利要求书之外，本发明没有别的限制。

Claims (18)

1.一种用于形成复合材料产品的工艺，包括：
至少部分开松的湿增强纤维束；
除去湿增强纤维中的水而形成脱水的增强纤维；
将脱水的增强纤维与树脂混合而形成脱水的增强纤维与树脂的混合物；
将上述混合物成形为片材；及
将脱水的增强纤维与树脂热粘合而形成复合材料产品。
2.按照权利要求1所述的工艺，还包括将脱水的增强纤维与纤维束分开。
3.按照权利要求1所述的工艺，其中湿增强纤维是湿法使用短切纤维股玻璃纤维。
4.按照权利要求1所述的工艺，还包括加入从下面一组中选择的组成部分到所述混合物中，所述组包括短切粗纱、干法使用短切纤维股玻璃纤维、E型玻璃纤维、A型玻璃纤维、C型玻璃纤维、S型玻璃纤维、天然纤维、碳纤维、芳酰胺纤维、金属纤维、陶瓷纤维、矿物纤维及上述纤维的组合。
5.根据权利要求4所述的工艺，其中所述碳纤维为石墨纤维。
6.按照权利要求1所述的工艺，其中成形片材的步骤包括使所述混合物依次通过第一片材成形机(270)和第二片材成形机(275)。
7.按照权利要求6所述的工艺，其中片材具有是均匀的脱水增强纤维和树脂的分布。
8.按照权利要求1所述的工艺，还包括在成形片材之前将所述混合物转移到装料箱塔(265)。
9.按照权利要求1所述的工艺，还包括在热粘合之前使片材通过针刺成毡设备(280)。
10.用于由湿增强纤维形成复合材料产品的设备，包括：
第一开松机(210)，所述第一开松机(210)至少部分地开松湿增强纤维(200)束；
冷凝器(220)，所述冷凝器接收所述至少部分地开松的湿增强纤维束并除去其中的水而形成脱水的增强纤维；
鼓风机单元(260)，所述鼓风机单元(260)接收所述脱水的增强纤维和树脂(240)并将它们混合而形成混合物；
第一片材成形机(270)，所述第一片材成型机(270)接收所述混合物，并将所述混合物成形为片材；及
热粘合机(290)，所述热粘合机(290)粘合所述增强纤维和树脂而形成复合材料产品(295)。
11.按照权利要求10所述的设备，还包括第二开松机(230)，所述第二开松机(230)将脱水的增强纤维与纤维束分开。
12.按照权利要求10所述的设备，其中所述湿增强纤维是湿法使用短切纤维股玻璃纤维。
13.按照权利要求10所述的设备，还包括第二片材成形机(275)，所述第二片材成形机(275)接收来自第一片材成形机的片材。
14.按照权利要求10所述的设备，还包括针刺成毡设备(280)，所述针刺成毡设备(280)机械地强化所述片材。
15.按照权利要求10所述的设备，还包括装料箱塔(265)，所述装料箱塔(265)接收所述混合物，并将所述混合物送到第一片材成形机。
16.按照权利要求14所述的设备，其中湿增强纤维是湿法使用短切纤维股玻璃纤维。
17.按照权利要求14所述的设备，其中还包括第二片材成形机(275)，用以从第一片材成形机接受片材。
18.按照权利要求14所述的设备，其中还包括装料箱塔(265)，所述装料箱塔(265)接收所述混合物，并将所述混合物送到第一片材成形机。
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