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1、10申请公布号CN103477020A43申请公布日20131225CN103477020ACN103477020A21申请号201280018097822申请日2012041161/474,46720110412USE21B17/01200601F16L11/2220060171申请人提克纳有限责任公司地址美国肯塔基72发明人SM纳尔逊DW伊斯泰普TA里甘ML韦斯利74专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038代理人汪宇伟54发明名称用于海底应用的脐带57摘要提供了用于转移流体和/或电流/信号，特别是在海表面和部署在海床上如在深水中的仪器之间转移的脐带600。脐带包含封装在外。
2、护套如塑料护套内的多个细长的脐带元件如2个或更多，例如通道元件603、流体管道604、导电体/导线606如光纤电缆、铠装导线等。脐带也包含至少一个由热塑性聚合物基体内嵌入的多个单向对齐纤维粗纱形成的增强棒607。本发明人已经发现可以通过浸渍过程上的选择性控制，并且也通过对在棒的形成和成形过程中施加至粗纱的压制程度上的控制，以及最终的棒几何外形的校准，显著地改进由热塑性聚合物基体浸渍粗纱的程度。这种充分浸渍的棒具有非常小的空隙度，其带来用于增强脐带元件的优秀的强度特性。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2013101286PCT申请的申请数据PCT/US2012/033038201204。
3、1187PCT申请的公布数据WO2012/142098EN2012101851INTCL权利要求书2页说明书17页附图13页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书17页附图13页10申请公布号CN103477020ACN103477020A1/2页21用于海底应用的脐带，所述脐带包含多个沿纵向方向延伸的脐带元件；至少一个具有芯的增强棒，所述芯包含多根热塑性浸渍粗纱，粗纱包含沿纵向方向取向的连续纤维和纤维嵌入的热塑性基体，其中连续纤维构成约25WT约80WT的芯并且热塑性基体构成约20WT约75WT的芯；和包封脐带元件和增强棒的外护套。2根据权利要求1的脐带，其中脐。
4、带元件包括管道、导电体/导线、通道元件、铠装导线或其组合。3根据权利要求1的脐带，其进一步包含至少部分排布在脐带元件周围和之间的填料。4根据权利要求1的脐带，其进一步包含增强棒位于其内的中心部分。5根据权利要求1的脐带，其中增强棒布置在脐带边缘周围。6根据权利要求1的脐带，其中脐带包含成捆的增强棒，其每根增强棒具有包含多根热塑性浸渍粗纱的芯，所述热塑性浸渍粗纱包含沿纵向方向取向的连续纤维和纤维嵌入的热塑性基体，其中连续纤维构成约25WT约80WT的芯并且热塑性基体构成约20WT约75WT的芯。7根据权利要求1的脐带，其中连续纤维具有大于约1,000兆帕斯卡/克/米的极限拉伸强度质量/单位长度的。
5、比。8根据权利要求1的脐带，其中连续纤维具有约5,500约20,000兆帕斯卡/克/米的极限拉伸强度质量/单位长度的比。9根据权利要求1的脐带，其中连续纤维为碳纤维。10根据权利要求1的脐带，其中热塑性基体包括聚亚芳基硫醚。11根据权利要求10的脐带，其中聚亚芳基硫醚为聚苯硫醚。12根据权利要求1的脐带，其中连续纤维构成约30WT约75WT的芯。13根据权利要求1的脐带，其中棒具有约3或更小的空隙度。14根据权利要求1的脐带，其中棒具有约10吉帕斯卡的最小挠曲模量。15根据权利要求1的脐带，其中棒具有约300兆帕斯卡的最小极限拉伸强度。16根据权利要求1的脐带，其中棒具有约50吉帕斯卡的最小弹。
6、性拉伸模量。17根据权利要求1的脐带，其中在约25的温度下确定的棒的最小弯曲半径为约1约30乘以棒的外直径。18根据权利要求1的脐带，其中在约25的温度下确定的棒的最小弯曲半径为约05约10厘米。19根据权利要求1的脐带，其中芯包含420根粗纱。20根据权利要求1的脐带，其中粗纱总体上对称地分布在芯的纵向中心周围。21根据权利要求1的脐带，其中每根粗纱包含约1,000约50,000根个体连续纤维。22根据权利要求1的脐带，其中棒具有约01约50毫米的直径。23根据权利要求1的脐带，进一步包含围绕芯的覆盖层。24根据权利要求1的脐带，其中棒具有基本上为圆形的横截面形状。25用于海底应用的脐带，所。
7、述脐带包含权利要求书CN103477020A2/2页3多个沿纵向方向延伸的脐带元件，其中脐带元件包括管道、导电体/导线、通道元件、铠装导线或其组合；至少部分排布在脐带元件周围和之间的填料；至少一个具有芯的增强棒，所述芯包含多根热塑性浸渍粗纱，粗纱包含沿纵向方向取向的连续碳纤维和纤维嵌入的热塑性基体，其中连续碳纤维构成约30WT约75WT的芯并且聚苯硫醚基体构成约25WT约70WT的芯；和包封脐带元件、填料和增强棒的外护套。权利要求书CN103477020A1/17页4用于海底应用的脐带0001本申请涉及于2011年4月12日提交的题为“UMBILICALFORUSEINSUBSEAAPPLIC。
8、ATIONS”的美国临时专利申请序列号61/474,467，其以引用方式并入本文。背景技术0002脐带常用于在海面和位于海床的设备之间的流体和/或电信号的传输。这种脐带一般包括一个或多个管道和收集成捆的导电体/导线、至少部分排布在管道和导电体/导线周围和之间的填料材料和封闭管道、导电体/导线和填料材料的保护套。为了帮助加强这种脐带，已经做出将拉挤碳纤维棒用作单独的负载承载元件的尝试。在例如JU等人的美国专利号7,798,234和FIGENSCHOU等人的美国专利号7,754,966中更详细地描述了示例性脐带设计，出于所有目的，所述美国专利号7,798,234和7,754,966的全部内容以引用。
9、方式并入本文。然而这种棒的显著的问题是它们依赖热固性树脂如乙烯基酯以帮助达到希望的强度特性。在制造过程中难以使用热固性树脂并且热固性树脂不拥有优良的用于与其它材料形成层的结合特征。0003因此，当前存在对包含由热塑性材料形成的拉挤纤维棒，并且还依然能够达到希望的强度和耐用性的脐带的需要。0004本发明综述0005依据本发明的一个实施方案，公开了用于海底应用的脐带。脐带包含多个沿纵向方向延伸的脐带元件、至少一个增强棒和封装脐带元件和增强棒的外护套。棒具有包含多个热塑性浸渍粗纱的芯，所述热塑性浸渍粗纱包含沿纵向方向取向的连续纤维和纤维嵌入的热塑性基体。连续纤维构成约25WT约80WT的芯并且热塑性。
10、基体构成约20WT约75WT的芯。0006以下更详细地展示本发明的其它特征和方面。附图说明0007本发明的完整和可行的公开内容，包括对本领域技术人员来说的最佳模式，更具体地展示在说明书的剩余部分中，包括参照附图，其中0008图1为可以与本发明脐带的一个实施方案结合使用的系统；0009图2为本发明脐带的一个实施方案的剖面图；0010图3为本发明脐带的另一个实施方案的剖面图；0011图4为本发明脐带的又一个实施方案的剖面图；0012图5为用于在本发明中使用的固结条带的一个实施方案的透视图；0013图6为用于在本发明中使用的固结条带的另一个实施方案的剖面图；0014图7为用于在本发明中使用的浸渍系统。
11、的一个实施方案的示意图；0015图8为图7中显示的浸渍模具的剖面图；0016图9为用于可以在本发明中采用的浸渍模具的歧管组件和栅级GATE通道的一个实施方案的分解图；说明书CN103477020A2/17页50017图10为可以在本发明中采用的至少部分定义浸渍区的板的一个实施方案的透视图；0018图11为可以在本发明中采用的拉挤系统的一个实施方案的示意图；0019图12为可以依据本发明形成的连续纤维增强热塑性棒的一个实施方案的透视图；0020图13为可以依据本发明采用的多种校准模具的一个实施方案的顶部剖面图；0021图14为可以依据本发明采用的校准模具的一个实施方案的侧面剖面图；0022图15。
12、为可以依据本发明采用的校准模具的一个实施方案的一部分的正视图；和0023图16为可以依据本发明采用的成型辊的一个实施方案的正视图。0024本发明说明书和附图中重复使用附图标记特征意图表示与本发明相同或类似的特征和要素。0025代表性实施方案的具体说明0026本领域技术人员将理解本讨论仅是示例性实施方案的描述，并且不打算作为对本发明更宽泛方面的限制。0027一般而言，本发明涉及用于转移流体和/或电流/信号，特别是在海表面和部署在海床上如在深水中的仪器之间转移的脐带。脐带包含封装在外护套如塑料护套内的多个细长的脐带元件如2个或更多，例如通道元件、流体管道、导电体/导线如光纤电缆、铠装导线ARMOR。
13、INGWIRE等。脐带也包含至少一个由热塑性聚合物基体内嵌入的多个单向对齐纤维粗纱形成的增强棒。本发明人已经发现可以通过浸渍过程上的选择性控制，并且也通过对在棒的形成和成形过程中施加至粗纱的压制程度上的控制，以及最终的棒几何外形的校准，显著地改进由热塑性聚合物基体浸渍粗纱的程度。这种充分浸渍的棒具有非常小的空隙度，其带来用于增强脐带元件的优秀强度特性。0028具体的脐带元件的构造、排布和数目不是决定性的并且可以如本领域已知地改变。例如，参照图2，显示了脐带600的一个具体的实施方案，所述脐带600包含中心部分609，其可以由钢管道、橡胶护套、金属股线、由热塑性材料过铠装OVERSHEATHED。
14、的金属股线等形成。可以将一个或多个内部通道元件603如聚氯乙烯、导电体/导线606如光纤电缆和/或流体管道604如钢制的同心地设置在中心部分609周围。例如，可以使用如本领域已知的螺旋机将这种脐带元件螺旋缠绕在中心部分609周围。脐带600也可以包含常规强度元件608，例如由钢绳索或铠装导线制造的那些。可以将填料610如泡沫或热塑性材料至少部分排布在两个或更多脐带元件周围和之间。通常外护套601如聚乙烯还封装脐带元件。0029可以以任何希望的方式，例如个体地或以成捆的形式将本发明的增强棒并入脐带。在图2中表明的实施方案中，将成捆的增强棒607布置在中心部分609内用于向脐带600提供提高的强度。
15、。至少一个，但是优选所有棒607是由依据本发明的连续纤维增强热塑性聚合物基体形成的。当然，棒不需要包含在脐带中心部分之内。例如，参照图3，显示了脐带700的另一个实施方案，所述脐带700包含位于脐带边缘周围的成捆棒707。脐带700也可以包含中心部分709，其如所示不含棒或如图2中表明地包含多根棒。脐带700也可以包含一个或多个内部通道元件703、导电体/导线706、流体管道704、填料710和/或外护套701。在以上提及的实施方案中，一般以成捆方式提供增强棒。然而，也可以采用个体的说明书CN103477020A3/17页6棒。例如，参照图4，显示了脐带800的一个实施方案，所述脐带800包含。
16、一个或多个通道元件803、管道804和/或导电体/导线806。脐带800也包含分布在脐带800边缘周围和/或在脐带800内部的个体的棒807。0030无论它们以何种具体的方式并入脐带，本发明的增强棒是由热塑性聚合物基体内嵌入的多个单向对齐的纤维粗纱形成。如本文所用的，术语“粗纱”一般是指一捆或一束个体的纤维。包含在粗纱内的纤维可以上捻或可以是直的。尽管可以在个体或不同的粗纱中使用不同的纤维，但是一般希望各个粗纱包含单一的纤维类型以最小化使用具有不同热膨胀系数的材料的任何不利影响。粗纱中采用的连续纤维拥有相对它们质量高程度的拉伸强度。例如，纤维的极限拉伸强度通常为约1,000约15,000兆帕斯。
17、卡“MPA”，在一些实施方案中为约2,000MPA约10,000MPA，并且在一些实施方案中为约3,000MPA约6,000MPA。即使纤维是相对轻重量，例如质量/单位长度为约01约2克/米，在一些实施方案中为约04约15克/米，也可达到这种拉伸强度。因此拉伸强度质量/单位长度的比可以为约1,000兆帕斯卡/克/米“MPA/G/M”或更高，在一些实施方案中为约4,000MPA/G/M或更高，并且在一些实施方案中为约5,500约20,000MPA/G/M。这种高强度纤维可以为，例如，金属纤维、玻璃纤维如E玻璃、A玻璃、C玻璃、D玻璃、AR玻璃、R玻璃、S1玻璃、S2玻璃等、碳纤维如无定形碳、石墨。
18、碳或金属涂布碳等、硼纤维、陶瓷纤维如氧化铝或二氧化硅、芳纶纤维如由EI，DUPONTDENEMOURS，WILMINGTON，DEL市场化的合成有机纤维如聚酰胺、聚乙烯、对苯PARAPHENYLENE、对苯二甲酰胺、对苯二甲酸乙二酯和聚苯硫醚和已知用于增强热塑性组合物的多种其它天然或合成无机或有机纤维材料。碳纤维特别适合作为连续纤维使用，其通常具有约5,000约7,000MPA/G/M的拉伸强度质量的比。连续纤维通常具有约4约35微米，并且在一些实施方案中为约5约35微米的公称直径。每根粗纱中包含的纤维数可以是恒定的或各粗纱相互不同的。通常，粗纱包含约1,000根纤维约100,000根个体纤维。
19、，并且在一些实施方案中为约5,000约50,000根纤维。0031可以采用多种热塑性聚合物的任意一种以形成其中嵌入连续纤维的热塑性基体。用于在本发明中使用的适合的热塑性聚合物可以包括，例如，聚烯烃如聚丙烯、丙烯乙烯共聚物等、聚酯如聚对苯二甲酸丁二酯“PBT”、聚碳酸酯、聚酰胺如NYLONTM、聚醚酮如聚醚醚酮“PEEK”、聚醚酰亚胺、聚亚芳基酮如聚苯二酮“PPDK”、液晶聚合物、聚亚芳基硫醚如聚苯硫醚“PPS”、聚亚联苯硫醚酮、聚苯硫醚二酮、聚亚联苯硫醚等、氟聚合物如聚四氟乙烯全氟甲基乙烯醚聚合物、全氟烷氧基烷烃聚合物、四氟乙烯聚合物、乙烯四氟乙烯聚合物等、聚缩醛、聚氨酯、聚碳酸酯、苯乙烯聚合。
20、物如丙烯腈丁二烯苯乙烯“ABS”等等。0032一般选择热塑性基体的特性以达到使用过程中棒的可加工性和性能的希望的组合。例如，一般热塑性基体的熔体粘度足够低，以至于聚合物可以适当地浸渍纤维并且成形成棒的构型。就此而言，熔体粘度通常为约25约2,000帕斯卡秒“PAS”，在一些实施方案中为约50约500PAS，并且在一些实施方案中为约60约200PAS，其在用于热塑性聚合物的操作条件下如约360确定。同样，当打算在高温下使用棒时，采用具有相对高熔化温度的热塑性聚合物。例如，这种高温聚合物的熔化温度可以为约200约500，在一些实施方案中为约225约400，并且在一些实施方案中为约250约350。说。
21、明书CN103477020A4/17页70033聚芳硫醚特别适合作为具有希望的熔体粘度的高温基体在本发明中使用的。例如，聚苯硫醚为半晶型树脂，其一般包含由以下通式表示的重复单体单元00340035在聚合物中，这些单体单元通常构成至少80MOL，并且在一些实施方案中至少90MOL的重复单元。然而，应该理解聚苯硫醚可以包含额外的重复单元，例如在GOTOH等人的美国专利号5,075,381中所描述的，为了所有目的其全部内容以引用方式并入本文。当采用时，这种额外的重复单元通常构成不大于约20MOL的聚合物。可商购的高熔体粘度聚苯硫醚可以包括以商业名称为购自TICONALLCFLORENCE，KENTU。
22、CKY的那些。这种聚合物可以具有根据ISO113571,2,3测定的约285的熔化温度和在310下约260约320帕斯卡秒的熔体粘度。0036根据本发明，一般采用挤出装置以由热塑性基体浸渍浸渍粗纱。除了别的以外，挤出装置促进了热塑性聚合物施用至纤维的整个表面的能力。浸渍粗纱也具有非常低的空隙度，其帮助提高它的强度。例如，空隙度可以为约6或更小，在一些实施方案中为约4或更小，在一些实施方案中为约3或更小，在一些实施方案中为约2或更小，在一些实施方案中为约1或更小，并且在一些实施方案中为约05或更小。可以使用本领域技术人员公知的技术测定空隙度。例如，可以使用“树脂烧尽BURNOFF”测试测定空隙度。
23、，该测试中将样品放置在烘箱中如在6003小时以烧尽树脂。然后可以测定剩余纤维的质量以计算重量和体积分数。可以依据ASTMD258408进行这种“烧尽”测试以确定纤维和热塑性基体的重量，然后其可以用于基于以下等式计算“空隙度”0037VF100TC/T0038其中，0039VF为作为百分比的空隙度；0040C为如使用已知技术，例如由液体或气体比重计如氦比重计，测定的复合材料密度；0041T为如通过以下等式确定的复合材料理论密度0042T1/WF/FWM/M0043M为如在恰当的结晶度下的热塑性基体密度；0044F为纤维密度；0045WF为纤维重量分数；和0046WM为热塑性基体重量分数。0047。
24、替代地，可以依据ASTMD317109通过化学溶解树脂确定空隙度。“烧尽”和“溶解”方法特别适合于玻璃纤维，一般其耐受熔化和化学溶解。然而在其它情况中，可以依据ASTMD273409方法A基于热塑性聚合物、纤维和条带或带的密度间接计算空隙度，其中可以通过ASTMD79208方法A确定密度。当然，也可以使用常规显微设备，或通过使用计算机图像处理层析摄影CT扫描设备，例如METROTOM15002KX2K高分辨率检测器估算空隙度。说明书CN103477020A5/17页80048参照图7，显示了这种挤出装置的一个实施方案。更具体地，装置包括包含安装在机筒122内部的螺杆轴124的挤出机120。在机。
25、筒122外部安装加热器130如电阻加热器。在使用过程中，通过加料斗126将热塑性聚合物原料127供应至挤出机120。通过螺杆轴124在机筒122内部输送热塑性原料127并且通过机筒122内部的摩擦力并通过加热器130加热热塑性原料127。在加热时，原料127通过机筒法兰128离开机筒122并且进入浸渍模具150的模具法兰132。0049将一根连续纤维粗纱142或多根连续纤维粗纱142从一个或多个卷轴144供应至模具150。在浸渍前，粗纱142一般分开一定的距离，例如至少约4毫米，并且在一些实施方案中至少为约5毫米。可以通过安装在模具150中或其周围的加热器133在模具内部进一步加热原料127。。
26、一般在足以导致热塑性聚合物的熔化和浸渍的温度下操作模具。通常，模具的操作温度比热塑性聚合物的熔化温度更高，例如在约200约450的温度下。当以该方式处理时，连续纤维粗纱142变得嵌入到聚合物基体中，其可以是从原料127处理的树脂214图8。然后从浸渍模具150挤出混合物以产生挤出物152。0050压力传感器137图8感应接近浸渍模具150的压力以允许通过控制螺杆轴124的旋转速度或进料器进料速率FEDERATE而在挤出速率上加以控制。也就是，接近浸渍模具150设置压力传感器137以便可以操作挤出机120以递送正确量的树脂214，用于与纤维粗纱142的相互作用。在离开浸渍模具150之后，挤出物1。
27、52或浸渍纤维粗纱142可以在进入两个相邻的辊190之间形成的辊隙NIP之前进入任选的预成形或导引部分未显示。尽管是任选的，辊190可以帮助将挤出物152固结成条带的形式，以及提高纤维浸渍并且挤压出任何过量的空隙。除了辊190，也可以采用其它成形装置，例如模具系统。通过安装在辊上的轨道162和164牵拉所得的固结条带156。轨道162和164也从浸渍模具150牵拉挤出物152并且通过辊190。如果希望，可以在部分171卷绕固结条带156。一般而言，条带是相对薄的并且通常具有约005约1毫米，在一些实施方案中为约01约08毫米，并且在一些实施方案中为约02约04毫米的厚度。0051在浸渍模具内，。
28、一般希望粗纱142横贯通过浸渍区250以由聚合物树脂214浸渍粗纱。在浸渍区250中，一般可以通过浸渍区250中产生的剪切和压力迫使聚合物树脂横向通过粗纱，其显著地提高了浸渍程度。在由高纤维含量例如约35重量分数“WF”或更高，并且在一些实施方案中为约40WF或更高的条带形成复合材料时这是特别有用的。通常，模具150将包括多个接触表面252，例如至少2个、至少3个、47个、220个、230个、240个、250个或更多接触表面252，以在粗纱142上产生足够程度的针入度和压力。尽管它们的具体形式可能改变，但是接触表面252通常拥有曲线表面，例如弯曲叶、棒等。接触表面252也通常由金属材料制造。0。
29、052图8显示浸渍模具150的剖面图。如显示的，浸渍模具150包括歧管组件220、栅级通道270和浸渍区250。为了使聚合物树脂214流动通过其中而提供歧管组件220。例如，歧管组件220可以包括一个通道222或多个通道222。提供至浸渍模具150的树脂214可以流动通过通道222。0053如图9中显示的，通道222的一些部分可以是曲线的，并且在示例性的实施方案中，通道222具有沿中心轴224的对称取向。此外，在一些实施方案中，通道可以是多个支流道222，其可以包括第一支流道组232、第二组234、第三组236和如果希望更多支流说明书CN103477020A6/17页9道组。每个组可以包括2个。
30、、3个、4个或更多从在先组中的流道222分支出或从初始通道222分支出的流道222。0054一般支流道222和其对称取向使树脂214均匀分布，使得离开歧管组件220的树脂214的流和粗纱142的涂布基本上均匀分布在粗纱142上。这希望地允许了粗纱142的浸渍一般是均匀的。0055此外，在一些实施方案中歧管组件220可以定义出口区域242，其一般围绕通道或流道222的至少下游部分，树脂214在所述通道或流道222离开。在一些实施方案中，至少部分的布置在出口区域242中的通道或流道222沿树脂214的流动方向244具有增加的面积。当树脂214流动通过歧管组件220时，增加的面积允许了树脂214的扩。
31、散和进一步分布，其进一步允许了树脂214在粗纱142上基本上均匀的分布。0056如图8和9中进一步表明的，在流动通过歧管组件220之后，树脂214可以流动通过栅级通道270。栅级通道270设置在歧管组件220和浸渍区250之间，并且是为了使树脂214流自歧管组件220，使得树脂214涂布粗纱142而提供的。因此，如显示的，例如通过出口区域242离开歧管组件220的树脂214，可以进入栅级通道270并且在其中流动通过。0057在如在图8中显示离开模具150的歧管组件220和栅级通道270时，树脂214与横贯通过模具150的粗纱142接触。如上讨论的，归因于树脂214在歧管组件220和栅级通道27。
32、0中的分布，树脂214可以基本上均匀地涂布粗纱142。此外，在一些实施方案中，树脂214可以在各个粗纱142的上表面上、在各个粗纱142的下表面上或在各个粗纱142的上表面和下表面上冲击。在粗纱142上的初始冲击提供用于由树脂214进一步浸渍粗纱142。0058如图8中显示的，使涂布粗纱142沿行进方向282横向通过浸渍区250，其是为了由树脂214浸渍粗纱142而配备的。例如，如在图8和10中显示的，浸渍区中，粗纱142横贯于接触表面252之上。接触表面252上粗纱142的冲击产生足以由涂布粗纱142的树脂214浸渍粗纱142的剪切和压力。0059在一些实施方案中，如图8中显示的，在两个分开。
33、的相对板256和258之间定义浸渍区250。第一板256定义了第一内表面257，同时第二板258定义了第二内表面259。可以在第一和第二内表面257和259上，或仅仅第一和第二内表面257和259之一上定义接触表面252，或接触表面252延伸自第一和第二内表面257和259，或仅仅第一和第二内表面257和259之一。图10表明根据这些实施方案形成至少部分浸渍区250的第二板258和其上的多个接触表面。如图8中显示的，在一些示例性实施方案中，可以交替地在第一和第二表面257和259上定义接触表面252，使得粗纱交替地在第一和第二表面257和259上的接触表面252上冲击。因此，粗纱142可以以波。
34、形、扭曲或正弦曲线型路径通过接触表面252，其提高了剪切。0060粗纱142横贯接触表面252所成的角度254一般可以足够高以提高剪切，但是不高至导致将要破坏纤维的过度的力。因此，例如，角度254可以为约1约30之间，并且在一些实施方案中，为约5约25之间。0061在替代的实施方案中，浸溃区250可以包括多个销PIN未显示，每个销具有接触表面252。销可以是固定的STATIC、自由旋转的或旋转驱动的。在进一步替代的实施方案中，接触表面252和浸溃区250可以如希望或要求包含任何适合用于由树脂214浸渍说明书CN103477020A7/17页10粗纱142的形状和/或结构。0062为了进一步促进。
35、粗纱142的浸渍，还可以使它们在存在于浸渍模具内的同时保持在张力下。张力可以为例如每根粗纱142或每束纤维约5约300牛顿，在一些实施方案中，约50约250牛顿，在一些实施方案中为约100约200牛顿。0063如图8中显示的，在一些实施方案中，到达区280可以沿粗纱142的行进方向282设置在浸渍区250的下游。在离开模具150之前粗纱142可以横贯通过到达区280。如图8中进一步显示的，在一些实施方案中，面板290可以邻接浸渍区250。通常配置面板290以计量METER来自粗纱142的过量树脂214。因此,可以调整面板290中的粗纱142横贯通过其中的孔隙的尺寸使得在粗纱142从中横贯通过时。
36、，孔隙的尺寸导致从粗纱142中除去过量的树脂214。0064以上显示和描述的浸渍模具仅是可以在本发明中采用的多种可能的配置之一。例如，在替代的实施方案中，可以将粗纱引入到相对于聚合物熔体流动方向成一定角度的十字头模具中。在粗纱移动通过十字头模具并到达聚合物从挤出机机筒离开的位置时，迫使聚合物与粗纱接触。已经描述了这种十字头模具挤出机的实例，例如，在MOYER美国专利号3,993,726；CHUNG等人的4,588,538；AUGUSTIN等人的5,277,566；和AMAIKE等人的5,658,513中的，为了所有目的，它们的全部内容都以引用方式并入本文。也应该理解，还可以采用任何其它挤出机设。
37、计，例如双螺杆挤出机。还另外，还可以任选采用其它构件以辅助纤维的浸渍。例如，在某些实施方案中可以采用“气体喷射”组件以帮助穿过合并束的整个宽度均匀铺展SPREAD个体纤维的粗纱其可以各自包含高达24,000根纤维。这帮助实现强度性能的均匀分布。这样的组件可以包括在穿过离开接口的移动粗纱上一般以竖直的方式冲击的压缩空气或另一种气体的供应。然后可以将铺展的粗纱引入到模具以用于浸渍，例如以上描述的。0065无论采用的何种技术，都使连续纤维沿纵向方向图7系统的机器方向MACHINEDIRECTION“A”以提高拉伸强度。除纤维取向外，还控制拉挤处理的其它方面以获得希望的强度。例如，在固结条带中采用相对。
38、高百分数的连续纤维以提供提高的强度性能。例如，连续纤维通常构成条带的约25WT约80WT，在一些实施方案中约30WT约75WT，并且在一些实施方案中约35WT约60WT。同样，热塑性聚合物通常构成条带的约20WT约75WT，在一些实施方案中，约25WT约70WT，并且在一些实施方案中约40WT约65WT。纤维和热塑性基体在最终的棒中的百分数也可以在如以上指出的范围内。0066如以上指出的，粗纱可以在成形成希望的棒构型之前固结成一个或多个条带的形式。当随后压制这种条带时，粗纱可以在棒的纵向中心周围以通常对称的方式分布。这种对称分布在棒的整个长度上提高了强度特性如挠曲模量、极限拉伸强度等的一致性。。
39、当采用时，用于形成棒的固结条带的数目将基于希望的厚度和/或横截面积和棒强度，以及条带本身的本质而改变。然而，在多数情况中，条带的数目为115，并且在一些实施方案中为25。每个条带中采用的粗纱的数目同样可以改变。然而，通常条带将包含210根粗纱，并且在一些实施方案中包含35根粗纱。为了帮助实现最终的棒中粗纱的对称分布，一般希望在条带内它们彼此分开大致相同的距离。例如，参照图5，显示了固结条带4的一个实施方案，其包含三根3沿X方向彼此等距间隔的粗纱5。然而，在其它实施方案中，可以说明书CN103477020A108/17页11希望组合粗纱，使得粗纱纤维通常均匀分布在条带4各处。在这些实施方案中，粗。
40、纱可以是彼此不能区分的。例如，参照图6，显示了固结条带4的一个实施方案，其包含组合的粗纱，使得纤维通常均匀分布。0067也仔细控制成形粗纱的具体方式以确保可以形成具有适当程度的压制和强度特性的棒。例如，参照图11，显示了用于形成棒的系统和方法的一个特定的实施方案。在该实施方案中，在筒子架20上的卷曲捆PACKAGE中初始提供两个条带12。筒子架20为可以拆卷的筒子架，其包括提供有水平旋转主轴22的架，其各自负载捆。也可以采用支出PAYOUT筒子架，特别是如果希望将捻引入纤维中，例如当在一步配置中使用粗纤维时。也应该理解形成条带也可以与棒的形成一致。例如，在一个实施方案中，从图7中的离开浸渍模具。
41、150的挤出物152可以直接供应至用于形成棒的系统。也可以采用张力调整装置40以帮助控制条带12中的张力程度。装置40可以包括进口板30，其位于与筒子架20的旋转主轴22平行的垂直平面和/或对于进来的条带来说是竖直的垂直平面中。张力调整装置40可以包含以交错构造排布的圆柱形杆41以便条带12在这些杆之上或之下通过以定义波浪图案。杆的高度可以调节以修改波浪图案的振幅并且控制张力。0068可以在进入固结模具之前在烘箱45中加热条带12。可以使用任何已知的烘箱类型进行加热，如在红外炉、对流加热炉等中。在加热过程中，条带中的纤维是单向取向的以优化对热的暴露并且维持横穿整个条带的均匀加热。加热条带12达。
42、到的温度一般足够高，以将热塑性聚合物软化至条带可以结合在一起的程度。然而，温度不是高至毁坏材料完整性的。例如，温度可以为约100约500，在一些实施方案中为约200约400，并且在一些实施方案中为约250约350。例如，在一个特定的实施方案中，使用聚苯硫醚“PPS”作为聚合物，并且加热条带至PPS熔点或熔点以上，该熔点为约285。0069在加热时，提供条带12至固结模具50，其将它们在一起压制成预成型件14，以及对齐和形成棒的初始形状。例如，如一般在图11中显示的，导引条带12沿“A”方向从进口53通过模具50的流动通道51至出口55。通道51可以具有多种形状和/或尺寸的任何一种以得到棒构型。。
43、例如，通道和棒构型可以为圆形、椭圆形、抛物线型等。在模具50内，条带一般维持在条带中使用的热塑性基体的熔点温度或熔点温度以上以确保适当固结。0070可以通过使用具有一个或多个部分的模具50得到条带12的所需加热、压制和成形。例如，尽管没有具体显示在本文中，固结模具50可以拥有多个部分，其在一起起作用以压制条带12并且使条带12成形成希望的构型。例如，通道51的第一部分可以为逐渐变细的区，其使流入模具50中的材料初始成形。逐渐变细区一般拥有在其入口大于在其出口的横截面积。例如，在逐渐变细区入口的通道51横截面积可以比在逐渐变细区出口的横截面积大约2或更多，在一些实施方案中大约5或更多，并且在一些。
44、实施方案中大约10约20。无论如何，在逐渐变细区内，流动通道的横截面积通常逐渐和平滑地改变以便可以维持通过模具的复合材料材料的平衡流。成形区也可以跟随在逐渐变细区之后，其压制材料并且提供通过其中的通常均匀的流。成形区也可以将材料预成形成与棒相似的中间形状，但是通常具有更大的横截面积以在加热其以最小化在模具50内阻塞BACKUP的风险的同时允许热塑性聚合物的膨胀。成形区也可以包括一个或多个给予预成型件定向变化的表面特征。定向改变迫使材料重新分布，导致最终形状中纤维/树脂更均匀的分布。这也减小了模具中可以导致树脂燃烧的死点DEADSPOT的风险。例如，在成形区的通道51的横截说明书CN103477。
45、020A119/17页12面积可以比预成型件14的宽度大约2或更多，在一些实施方案中大约5或更多，并且在一些实施方案中大约10约20。口模到达带也可以在成形区之后作为用于通道51的出口。可以加热成形区、逐渐变细区和/或口模到达带至热塑性基体的玻璃转变温度或熔点、或其以上。0071如果希望，也可以采用第二模具60如校准模具，其将预成型件14压制成棒的最终形状。当采用时，有时希望允许预成型件14在离开固结模具50之后和进入任选的第二模具60之前简短地冷却。这允许在进一步进展通过系统之前使固结预成型件14保持其初始形状。通常，冷却降低棒外部温度至热塑性基体熔化温度以下以最小化并且基本上防止棒外表面上。
46、的熔体破裂。然而，棒的内部部分依然可以熔化以确保在棒进入校准模具体时的压制。这种冷却可以通过简单地使预成型件14暴露于环境气氛如室温或通过使用如本领域已知的主动冷却技术如水浴或空气冷却完成。例如，在一个实施方案中，将空气吹至预成型件14上如使用空气环。然而，这些阶段之间的冷却一般在小时间段上发生以确保预成型件14依然足够软以进一步成形。例如，在离开固结模具50之后，在进入第二模具60之前，预成型件14可以暴露于周围环境仅约1约20秒，并且在一些实施方案中为约2约10秒。在模具60内，预成型件一般保持在条带中使用的热塑性基体熔点以下的温度，以便可以维持棒的形状。尽管以上指的是单一的模具，应该理解。
47、模具50和60事实上可以由多个个体模具如面板模具形成。0072因此，在一些实施方案中，可以利用多个个体模具60逐渐将材料成形成希望的构型。串联放置模具60，并且提供其用于逐渐降低材料尺寸。这种逐渐降低允许在多个步骤过程中或多个步骤之间的收缩。0073例如，如在图1315中显示的，第一模具60可以包括一个或多个进口62和如显示的相应的出口64。模具60中可以包括任何进口62和相应的出口64的数目，例如4个如显示的、1个、2个、3个、5个、6个或更多。在一些实施方案中进口62一般可以为椭圆形或圆形。在其它实施方案中，进口62可以具有曲线矩形形状，即具有曲线转角的矩形或具有直的较长边和曲线的较短边的。
48、矩形。此外，出口64一般可以为椭圆形或圆形，或可以具有曲线矩形形状。在其中利用椭圆形进口的一些实施方案中，进口62可以具有大约31和大约51之间的长轴长度66短轴长度68的比。在其中利用椭圆形或圆形进口的一些实施方案中，出口64可以具有大约11和大约31之间的长轴长度66短轴长度68的比。在其中利用曲线矩形形状的一些实施方案中，进口和出口可以具有大约21和大约71之间的的长轴长度66短轴长度66的比高宽比，出口64的比小于进口62的比。0074在进一步的实施方案中，第一模具60的进口62的横截面积和相应的出口64的横截面积可以具有大约151和61之间的比。0075因此第一模具60提供了聚合物浸。
49、渍纤维材料的通常平滑的转变，其转变至与所得的棒的最终形状相对相似的形状，在示例性的实施方案中其具有圆形或椭圆形的横截面。随后的模具，例如可以提供如图13中显示的第二模具60和第三模具60，用于进一步逐渐降低和/或变化材料尺寸，使得材料形状转换成最终的棒的横截面形状。这些随后的模具60可以使材料成形和冷却。例如，在一些实施方案中，各个随后的模具60可以维持在比先前模具更低的温度下。在示例性的实施方案中，所有模具60都维持在高于材料软化点温度的温度下。说明书CN103477020A1210/17页130076在进一步的示例性实施方案中，由于例如对适当冷却和固化的希望，可以希望模具60具有相对长的到达带LAND长度69，其在希望的棒形状和尺寸的实现之中是重要的。相对长的到达带长度69降低了应力并且提供了至希望的形状和尺寸的平滑转变，并且具有极小的空隙度和弓弯BOW特征。例如，在一些实施方案中，对于模具60，在出口64的到达带长度69在出口64的长轴长度66的比在大约0和大约20之间，例如在大约2和大约6之间。0077如所讨论的，根据本发明公开内容的校准模具60的使用提供材料横截面中的逐渐变化。在示例性的实施方案中，这些逐渐变化可以确保所得的产物例如棒或其它适合的产物具有通常均匀的纤维分布，具有相对微小的空隙度。0。