本发明涉及复合材料的制造，更具体来说，涉及由玻璃纤维和其它 材料如有机纤维形成复合股线的方法和设备。

生产含有玻璃和有机材料的复合股线有多种方法。溶液法、浆液法 和熔融浸渍法等方法都需要使玻璃纤维束成品通过含有聚合物的液体。 聚合物粘附在纤维束上形成复合材料。另一种称为薄膜堆叠法的方法需 要将纤维束堆叠在热塑性材料片之间并加压很长一段时间。还有一种称 为干粉浸渍法的方法将热塑性粉末涂布在纤维束上，然后加热将粉末颗 粒烧结在纤维上。

所有上述方法都各有缺陷。所有方法的一个共同缺陷是为了生产复 合股线成品都需要一个或多个离线加工步骤(玻璃纤维束散布)。这种 离线步骤增加了产品成本和生产的复杂性。

另一种生产复合股线的方法，纤维混合法，可以使用串列式方法进 行。例如，美国专利第5,011,523号公开的方法向一衬套(bushiug) 提供熔融玻璃，从该衬套拉制玻璃纤维，并通过一涂布辊向纤维涂胶。 涂胶的纤维会聚成一根或多根纱，然后再与聚合物结合。所得到的纤维 团在一组合装置中收集成一束，然后绕在一夹头上形成复合股线卷装或 立即切成小段。

尽管是串列式方法，上述那种方法仍有若干缺点。特别是聚合物在 股线成品中的定位问题。具体来说，所制成的复合材料股线没有在整个 产品横截面中分布的热塑性材料。另外，在成品中胶料/粘合剂的含量很 小(大约0.5％)。因此由上述产品制成的复合材料在其整个横截面上没 有分布的聚合物，纤维不是牢固地粘合在一起的。

因此，需要改进形成复合股线的方法，使热塑性纤维与玻璃纤维相 间分布在整个横截面上，而且在复合股线产品中有较高的胶料/粘合剂百 分比含量。还需要改进形成复合股线产品的方法，使复合股线以更有效、 更经济的方式生产。

本发明满足了上述需要，在一种改进的串列式方法中可制成一根或 多根复合股线。本发明方法的优点是，所提供的复合股线包括第一和第 二分离的纤维，在整个股线横截面上，第二纤维与第一纤维相间分布。 另外，股线具有较高的胶料/粘合剂百分比，因而第一和第二纤维粘合牢 固。

按照本发明的第一方面，提供一种生产一根或多根复合股线的设 备，该设备包括一个用于提供被拉成连续的第一纤维的熔融玻璃流的加 热衬套；一个适于将上述玻璃流拉成第一纤维的拉拔装置；用于供应第 二种材料的一根或多根第二纤维的供应装置；一个或多个用于向第一和 第二纤维涂布胶料的涂布装置；以及一个用于将第一和第二纤维会聚成 一根或多根复合股线的装置。

上述设备还可以包括一个干燥装置，其用于接触第一和第二涂胶纤 维并向其传递热能，以便在第一和第二纤维会聚成一根或多根复合股线 之前干燥其上的胶料。干燥装置最好包括一加热接触板。

另外，设备的会聚装置最好包括一个位于干燥装置和拉拔装置之间 的会聚蹄块，其用于将第一和第二纤维会聚成一根或多根复合股线。拉 拔装置可以包括一绕线器。或者，拉拔装置可以包括一个串列式切碎器。

可以只用一个涂布装置向第一和第二纤维涂胶。或者，使用第一涂 布装置向第一纤维涂胶，使用第二涂布装置向第二纤维涂胶。也可只用 一个涂布装置将胶料涂布在第一和第二纤维中的一种上。

按照本发明的第二方面，提供一种形成一根或多根复合股线的方 法，该方法包括以下步骤：从一熔融玻璃源拉拔多根玻璃的第一纤维； 提供第二种材料的一根或多根第二纤维源；向第一和第二纤维涂布胶 料；以及将第一和第二纤维会聚成一根或多根复合股线。第二纤维最好 从由S玻璃纤维、石墨纤维和聚合物纤维构成的一组中选择。更好的是 从由聚酰胺纤维、聚丙烯纤维和聚苯硫纤维构成的一组中选择。

这种方法也可包括下述步骤：为干燥第一和第二纤维上的胶料，使 涂胶的第一和第二纤维接触一加热件。另外，可以在第一和第二纤维上 涂水基胶料。在这种情形中，加热件使水基胶料中至少一部分水蒸发。 另外，胶料可包括由丙烯酸聚合物乳剂或聚氨酯构成的成膜剂。

按照本发明的第三方面，提供一种复合股线产品，该复合股线产品 是通过下述步骤生产的：从一熔融玻璃源拉拔多根玻璃纤维；提供第二 种材料的一根或多根第二纤维源；向第一和第二纤维涂布水基胶料；使 一加热件接触涂胶的第一和第二纤维以便干燥第一和第二纤维上的胶 料；以及将第一和第二纤维会聚成复合股线。

按照本发明的第四方面，提供一种生产多根涂胶的第一和第二纤维 的设备，该设备包括一个用于提供被拉成连续的第一纤维的熔融玻璃流 的加热衬套；一个适于将上述玻璃流拉成第一纤维的拉拔装置；用于供 应第二种材料的一根或多根第二纤维的供应装置；以及一个或多个用于 在第一和第二纤维上涂布胶料的涂布装置。    

上述设备还可以包括一个干燥装置，其用于接触第一和第二纤维并 向其传送热能，以便干燥第一和第二纤维上的胶料。干燥装置最好包括 一个加热接触板。另外，拉拔装置可以包括一个绕线器或串列式切碎器。

按照本发明的第五方面，提供一种形成多根涂胶的第一和第二纤维 的方法，该方法包括以下步骤：从一熔融玻璃源拉拔多根第一纤维；提 供第二种材料的一根或多根第二纤维；在第一和第二纤维上涂布胶料； 以及使一根或多根第二纤维与第一纤维混合。

第二纤维最好从由S玻璃纤维石墨纤维和聚合物纤维构成的一组中 选择，更好的是从由聚酰胺纤维、聚丙烯纤维和聚苯硫纤维构成的一组 中选择。

在一优选实施例中，本发明的方法还包括使涂胶的第一和第二纤维 与一加热件接触以便干燥第一和第二纤维上的胶料。可以将水基胶料涂 布在第一和第二纤维上。在这种情形中，加热件使水基胶料中至少一部 分水蒸发。

按照本发明的第六方面，提供生产一根或多根复合股线的设备，该 设备包括一个用于提供被拉成连续的第一纤维的熔融玻璃流的加热衬 套；一个适于将所述玻璃流拉成第一纤维的拉拔装置；用于供应第二种 材料的一根或多根第二纤维的供应装置；一个用于向第一和第二纤维中 的一种涂布胶料的涂布装置；一个用于接触涂胶的纤维并将热能传递到 其上，从而干燥其上的胶料的干燥装置；以及一个用于将第一和第二纤 维会聚成一根或多根复合股线的装置。

本发明的一个目的是提供一种改进的用于形成一致的复合股线产品 的串列式方法。本发明的另一个目的是提供一种改进的用于生产复合股 线产品的设备。本发明的另一个目的是提供一种改进的复合股线产品。 本发明的另一个目的是提供一种改进的用于生产多根涂胶的第一和第二 纤维的设备。本发明的另一个目的是提供一种改进的用于形成多根涂胶 的第一和第二纤维的方法。本发明的上述的和其它的目的和优点将通过 下面的描述、附图和权利要求书进一步阐明。

附图简要说明如下：

图1是按照本发明第一实施例的复合股线搓捻设备的立体图；

图1a是串列的切碎器的侧视图；

图2是图1所示设备的侧视图；

图3是沿图2中3-3线的视图；

图4是按照本发明第二实施例的复合股线搓捻设备的侧视图；

图5是按照本发明第三实施例的复合股线搓捻设备的前视图。

图1表示按照本发明的生产复合股线产品的设备10。设备10包括 一个具有许多孔(未画面)的衬套12，许多熔融玻璃流通过这些孔排出。 这些孔可由中空柱延长。在图1所示实施例中，玻璃流通过一绕线器20 机械式拉成第一连续纤维14。可使用位于衬套12和第一涂布辊30之间 的预浸喷雾器(未画出)用水向玻璃纤维喷雾。

第一纤维14经过一个面向前方的第一涂布辊30，它在纤维14上涂 布胶料(下文称为胶料/粘合剂)的第一液体涂层。胶料一般是水基的， 但也可以其它任何类型的。盛放胶料的槽32放在辊30下面。辊30伸入 槽32，当辊由普通驱动器30a转动时，将胶料从槽32转移至纤维14上。 也可以使用其它装置或技术向玻璃纤维14涂胶，以替代涂布辊30。

第二种材料的纤维66的一个或多个(图示实施例中为二个)线筒 62支承在线筒架60上。第二纤维66通过绕线器20从线筒62拉出，穿 过适当数目的导环64(在图示实施例中为4个导环)，经过一个朝向后 方的第二涂布辊35。导环64的作用是使第二纤维64定位，使其良好地 接触涂布辊35，并控制纤维66接合加热器41的点，加热器将在下文详 述。

第二纤维66的选择范围很广，宜从S-玻璃纤维、石墨纤维和聚合 物纤维构成的一组中选取，最好从尼龙纤维、聚丙烯纤维和聚苯硫纤维 构成的一组中选取，也可以从其它任何无机或有机纤维中选取，这里并 不特别规定。

朝向后方的第二涂布辊向第二纤维66涂布胶料的第二液体涂层。第 二胶料可以与第一胶料成分相同或不同。盛有胶料的槽36放置在辊35 下面。辊35伸入槽36中，当其由普通的驱动器35a转动时，将胶料从 槽36转移至第二纤维66。也可以使用其它装置或技术替代涂布辊35， 以便向第二纤维66涂胶。

在经过第一涂布辊30之后，第一纤维14经过并接触加热器41，该 加热器类似于共同转让的、1994年8月17日提交的、题为“形成连续 玻璃纤维的方法和设备”的第08/291,801号共同未审定的美国专利申 请，该文件的技术内容，本说明书引作参考。由陶瓷材料制成的接合辊 40设置在第一涂布辊30和加热器41之间，以便保证第一纤维14与第一 涂布辊30和加热器41都有良好的接触，见图1和2。

加热器41包括一个第一板42，第一板具有由纤维14直接接触的弯 曲外表面42a，纤维14最沿其整个范围接触。连接于电源44a的耐热的 第二板44与第一板42隔开一个小距离，用于辐射加热第一板42。当纤 维14在第一板42上经过时，热形式的能从第一板42传至涂胶的纤维 14。当采用水基胶料时，从第一板42传至纤维14的热使水从胶料蒸发。

第二纤维66最好在第一板42中点之下的位置接触第一板42，使纤 维66只接触板42长度的大约1/3。这可以防止第二纤维66可能发生的 过热。显然，第二纤维66所用材料的类型将决定可接受的曝热量。这里， “可接受的曝热量”的意思是在第二纤维66的物理性质显著改变前可涂 布在第二纤维66上的热能量。因此，某些纤维66如非聚合物纤维可沿 着板42长度的1/3以上与板接触。

第一板42的长度L为40.0英寸(1016mm)，厚度T为0.375英 寸(9.525mm)，曲率半径为267英寸(6782mm)，见图2。板42 由金属如不锈钢或铜制成。板42最好保持在1000°F(537℃)至1500 ℃F(816℃)之间的温度，最佳温度为1200°F(649℃)。

按照本发明的一个实施例，胶料/粘合剂包括：水；成膜剂；一种或 多种偶合剂如可从OSIIndusries买到的产品名称为A1100和A1120的 硅烷偶合剂：一种或多种润滑剂如可从Stepan公司买到的产品名称为 KESSCO BES的脂肪酸酯和硬脂酸和乙酸的混合物，它可从Owens- Corning Fiberglas公司买到，产品名称为K12；以及改性剂如可从美国 化学公司买到的产品名称为Polyemulsion 43N40的马来酐改性聚丙烯 蜡、可从Aldrich化学公司买到的对苯二酸和可从Lindau化学公司买到 的产品名称为Maldene 286的丁二烯-马来酸共聚物的部分季铵盐。成 膜剂最好包括乙烯基-丙烯酸类如可从Franklin国际公司买到的产品名 称为Covinax201和Covinax225的那些种类，或者氨酯如可从Reichold 化学公司买到的产品名称为Synthemul 97903-00的那种。另外，在本 发明中也可使用环氧树脂、聚乙酸乙烯酯和聚酯作为成膜剂。

当第二纤维66接合第一板42时变得与第一纤维14混合起来。在第 一板42上经过之后，第一纤维14和第二纤维66通过集合蹄块50会聚 形成单根复合股线16。从集合蹄块50，股线16通过绕线器20(在图 示实施例中是Type-30TM绕线器)绕在套筒或管90上(见图1)，形成 复合股线线筒92。绕线器20包括一个可转动件或套爪22，在其上设置 可卸的管90。绕线器20也包括一普通的横动机构24，使股线16沿管 90的长度分布以形成方缘线筒。还设有一个供气装置26，它输出多股空 气流冲击在股线16上，使其在卷绕前冷却。

在一个替代实施例中，单股线16可在一普通的串列切碎器55(其 中一种可从Neumag美国公司买到，产品名称为NMC-1切断机)中 拉动并切成小段，收集在料斗57中，见图1A。这些小段的长度大约为 1/16英寸(1.5875mm)至2英寸(50.8mm)。

本发明的方法生产的复合股线16具有30至70重量百分比的玻璃 (第一纤维)，大约30至70重量百分比的第二材料(第二纤维)和大 约0至15重量百分比的胶料/粘合剂。但是，本发明的方法所生产的复合 股线也可具有大约5至90重量百分比的第二材料(第二纤维)。

现参阅图2和3，第一板42和第二板44装在柜46中，该柜可以移 向和移离纤维14。柜46有第一门46a和第二门46b，两门闭合时用作 隔热屏。门46a和46b最好由绝热板制成，如1英寸(25.4mm)厚的 硅酸钙。

为使柜46移向和移离纤维14设有往复移动装置70，该装置包括第 一和第二连杆机构72a和72b和一个活塞一缸驱动装置74。连杆机构72a 和72b连接于柜46和支架80。活塞-缸驱动装置74从支架80延伸并 固定地连接于多个在第一和第二连杆机构72a和72b之间延伸的支承件 76之一，见图3。驱动装置74的活塞74a的往复移动实现柜46以及第 一板42的运动。

在图4所示的第一替代实施例中相同的零件使用相同的标号，只用 一个涂布辊130向第一和第二纤维14和66涂布胶料。盛放胶料的槽32 放在辊130下面。在该实施例中，第二纤维66在与涂布辊130接触之前 在第一定位辊140上经过，并在接触涂布辊130之后而接合板42之前接 合第二定位辊142。

在图5所示的第二替代实施例中，涂布辊130和定位辊140和142 象图4所示那样定位，使得只有第二纤维66接合第一和第二定位辊140 和142，且第一和第二纤维14和66都在涂布辊130上经过。分离蹄块 50a用于将第二纤维66分成包括一或多根第二纤维66的第二纤维组 66a，并将第一纤维分成相同数目的包括一或多根第一纤维14的第一纤 维组14a。每个第一纤维组14a变得与一个第二纤维组66a相混合，从 而形成多根分离的复合股线16a。分离的股线16a可由集合蹄块50会聚 成一根组合单股线160，经过绕线器20绕成线筒160a。或者，一或多 根分离的股线16a也可以通过两个或多个绕线器(未画出)绕成两个或 多个分离的线筒。

按照本发明形成的复合股线可以切成小段，用于注塑工艺中，也可 以在玻璃垫热型(GMT)、丝卷绕、针织、编织、挤压涂覆、花式织构 及编制连续纤维垫等方法中用作连续复合股线。

本发明的方法和设备生产的复合股线具有超过现有技术的优点。首 先，本发明的方法能够生产三重、四重或多重的复合股线。例如，股线 可含有多种玻璃如E玻璃和S2玻璃，也可含有多种不同的有机材料如聚 丙烯和聚苯硫。第二，本发明的复合股线表明在复和零件成品中具有改 进的纤维分散性。第三，本发明的胶料/粘合剂提高了复合零件的性质如 抗拉和耐冲击强度。另外，在复合股线中较高含量的粘合剂可使复合股 线产品保持其整体性并易于处置。最后，借助分离的涂布辊可以向不同 的纤维涂布不同的胶料/粘合剂。

下面的实例用于描述本发明的推荐细节，显然这些实例的细节不应 理解为对本发明的限定。

实例1

将玻璃球熔化，并在每小时33磅(4.158g/s)的生产率、每分900 英尺(fpm)(4.572m/s)的速率下拉过一个两千孔衬套。所得到的纤 维具有“M”(16微米)丝径。新形成的E玻璃纤维立即由水预浸喷 雾冷却。然后通过朝向前面的涂布辊用实例5的胶料配方处理纤维。用 一陶瓷棒将纤维压向涂布辊表面，陶瓷棒稍许改变纤维方向。从Dupont 化学公司买到的产品编号为“尼龙66，1400分特/1260旦， 210fil，R20TWT，728型”的1260旦(1.4E-4g/km)的聚酰胺纤维在另 外的操作中粗纺成两个15磅(6.8kg)的线筒，每个2520旦(2.8E- 4g/km)至5040旦(5.6E-4g/km)。上述线筒放置在位于玻璃成形操 作的衬套高度上的线筒架上。然后将两个聚合物纤维端部拉过在衬套高 度上的两个陶瓷导环，穿过两个在朝向后方的第二涂布辊上方的两个陶 瓷导环，经过将实例5的胶料涂布在两聚合物纤维上的朝向后方的涂布 辊，并进入玻璃流。混合的聚合物纤维和玻璃纤维在加热至大约1200°F (649℃)的40英寸(1016mm)的加热板上干燥，并绕在转动的夹 头上。

实例2

按照与实例1相同的方式使聚丙烯纤维和玻璃纤维混合，但是使用 实例7的胶料配方。在单独的操作中将可从Amoco/Phillips公司买到的 产品编号为“MARYESS Olefin Filament Yarn和J01 Natural 2520DEN-210-00”的2520旦(2.8E-4g/km)的聚丙烯纤维粗纺成两 个15磅(6.8kg)的线筒，每个8040旦(5.6E-4g/km)至10080旦 (11.2E-4g/km)。将上述线筒放置在位于衬套高度上的线筒架上，使 用两粗纺的聚丙烯纤维生产聚丙烯/玻璃混合股线产品。

实例3

按照与实例1相同的方式混合聚苯硫纤维和玻璃纤维，但是使用实 例9的胶料配方。可从Amoco/Phillips公司买到的产品编号为“聚苯硫 -丝”或“staple CP-1-26G”的200旦(0.222E-4g/km)的聚苯硫 纤维在单独的操作中粗纺成三个15磅(6.8kg)的线筒，每个1000旦 (1.1E-4g/km)。上述线筒放置在位于衬套高度的线筒架上，使用三根 聚苯硫粗纺纤维生产混合产品。

实例4

按照类似于实例1中聚合物纤维与玻璃纤维混合方法的方式将S2 玻璃与E玻璃混合。在本实例中，两个可从Owens Corning Fiberglas 公司买到的，产品编号为“Product 449，Yield＝750”的S2玻璃线筒放 置在位于衬套高度的线筒架上。使用与实例1中将聚酰胺纤维的端部拉 入E-玻璃流中完全相同的方式，将S2玻璃的两个端部拉入E玻璃流 中。下述实例9的胶料涂布在S2玻璃和E玻璃上。使用这种方法，加入 成品中的S2玻璃的装料占20％至40％。

实例5

用下述过程形成6000克粘合剂：向2345克去离子水中加入15克 (0.25wt％)的A-1100硅烷并搅拌几分钟。1875克成膜剂 Covinax201和1500克(25.0％)的成膜剂Covinax225在一个两加仑 (7.6L)的桶中混合。然后通过适度搅拌使硅烷溶液与成膜剂混合物混 合。将480克Maldene286加入硅烷和成膜剂的混合物中。最后将200 克(3.3％)BES匀浆在连续搅拌中加入。所得到的粘合剂聚合物溶液 的固体浓度为30％。这种粘合剂聚合物溶液用于聚酰胺与玻璃混合，见 上述实例1。

实例6

6000克粘合剂通过下述过程制成：将15克(0.25％)A-1100 硅烷加入1870克去离子水中，并搅拌几分钟。将3450克(57.5％)的 成膜剂Synthemul 97903-00浇入两加仑(7.6L)的桶中。然后将硅 烷溶液通过适度搅拌与成膜剂混合。将480克(8.0％)的Maldene 286加 入硅烷和成膜剂的混合物。最后，在连续搅拌中将200克(3.3％)的 BES匀浆加入。所得到的粘合剂聚合物溶液的固体浓度为30％。这种粘 合剂聚合物溶液用于聚酰胺与玻璃的混合。

实例7

6000克粘合剂通过下述过程制成：将15克(0.25％)A1100硅烷 加入2325克去离子水中，并可搅拌几分钟。在两加仑的桶中将1875克 (31.25％)成膜剂Covinax201和1500克(25.0％)成膜剂Covinax225 混合。然后通过适度搅拌使硅烷溶液和成膜剂混合物混合。将30克 (0.5％)对苯二甲酸溶解在30ml浓缩氢氧化铵中，从而制出对苯二甲 酸溶液。将对苯二甲酸溶液加在硅烷和成膜剂的混合物中。然后将300 克(5.0％)Polyemulsion为43N40加入混合物中。最后，在连续搅拌 中将200克(3.3％)BES匀浆加入。所得到的粘合剂聚合物溶液的固 体浓度为30％。这种粘合剂聚合物溶液用于聚丙烯与玻璃混合。

实例8

通过下述过程制成6000克粘合剂：将15克(0.25％)A-1100 硅烷加入2020克去离子水中，并可搅拌几分钟。将3450克(57.5％) 成膜剂Synthemul 97903-00浇入两加仑桶中。然后通过适度搅拌使硅 烷溶液与成膜剂混合。将30克(0.5％)对苯二甲酸溶解在30ml浓缩 氢氧化铵中制备对苯二酸溶液。将对苯二甲酸溶液加入硅烷和成膜剂的 混合物中。然后，将300克(5.0％)Polyemulsion 43N40加入混合物 中。最后，在连续搅拌中加入200克(3.3％)BES匀浆。所得到的粘 合剂聚合物溶液的固体浓度为30％。这种粘合剂聚合物溶液用于聚丙烯 与玻璃的混合。

实例9

通过下述过程制成6000克粘合剂：将15克(0.25％)A-1100硅烷 加入1870克去离子水中，并可搅动几分钟。将3450克(57.5％)成膜 剂Synthemul 97903-00浇入两加仑桶中。然后通过适度搅拌使硅烷溶液 与成膜剂混合。最后，在连续搅拌中加入200克(3.3％)BES匀浆。 所得到的粘合剂聚合物溶液的固体浓度为30％。这种粘合剂聚合物溶液 用于多种材料，包括聚苯硫和无机纤维。

实例10

通过下述过程制成6000克粘合剂：将15克(0.25％)A-1100 硅烷加入2345克去离子水中，并可搅动几分钟。在两加仑桶中使1875 克(31.25％)成膜剂Covinax201和1500克(25.0％)成膜剂 Covinax225混合。然后通过适度搅拌使硅烷溶液与成膜剂混合物混合。 最后，在连续搅拌中加入200克(3.3％)BES匀浆。所得到的粘合剂 聚合物溶液的固体浓度为30％。这种粘合剂聚合物溶液用于多种材料， 包括聚苯硫和无机纤维。

上面已对本发明的推荐实施例进行了详细描述，显然可对其作各种 修改和变化而并不超出权利要求书限定的本发明的范围。