用于用热塑性材料浸渍纤维排列的分散体以及使用该分散体的系统和方法

摘要

本公开内容包括用于用热塑性材料浸渍纤维排列的分散体以及使用该分散体的系统和方法。一些分散体包括水溶液和颗粒，每个颗粒包含分散在水溶液中的热塑性材料例如聚碳酸酯，其中直径小于或等于50微米(μm)的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少50％，并且：(1)直径大于或等于55μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少5％；和/或(2)每个颗粒包含分散在整个热塑性材料中的一种或多于一种添加剂例如阻燃剂。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月26日提交的欧洲专利申请第18174458.2号的优先权，其整体内容通过引用并入本文。

背景技术

1.发明领域

本发明一般涉及用热塑性材料对纤维排列进行水浸渍，更具体地说，涉及用于实现该浸渍的分散体。每个分散体可以包括分散在水溶液中的含有热塑性材料的颗粒，其中颗粒通过其尺寸、组成和/或结构：(1)提高分散体的稳定性，在某些情况下便于使分散体中包含一种或多于一种添加剂；(2)使用分散体增强纤维排列的浸渍，从而便于随后使用这些纤维排列生产层压体等。

2.现有技术

典型的水浸渍过程涉及用包含分散在水溶液中的热塑性颗粒的分散体来润湿纤维排列，从而将颗粒引入该排列，干燥该排列以从其中除去溶液，并且加热该排列以熔化颗粒。一般而言，颗粒在排列内的分布越均匀，排列的浸渍就越有效。

如果颗粒太大，它们可能无法充分到达排列纤维之间的空隙。这可能导致热塑性材料在浸渍排列(熔化颗粒之后的排列)内分布不均匀，这不仅不利地影响排列的机械性能(例如强度和硬度)，而且可能导致排列含有气穴、具有不美观的表面光洁度、发生卷曲或扭曲、具有在排列的进一步加工期间易损坏的暴露纤维等。

发明内容

虽然在分散体中使用较小的热塑性颗粒可以导致更有效地浸渍排列，但是使用太小的颗粒会阻碍分散体的稳定性，需要在分散体中使用增加量的表面活性剂、分散剂等，对排列的浸渍产生负面影响等。这在一定程度上是因为，与相同质量的较大颗粒相比，较小颗粒的质量具有更大的表面积，从而更有可能相互反应和/或与分散体中的其他成分、组分和/或化合物反应。

一些本发明的分散体包括分散在水溶液中的含有热塑性材料的颗粒，其中颗粒的粒度分布使得颗粒在用分散体湿润排列时充分到达纤维排列的纤维之间的间隙，从而提供排列的有效浸渍，而不会不合需要地阻碍分散体的稳定性(例如，减少对包含在分散体中的表面活性剂、分散剂等的需要)。例如，在某些这样的分散体中：(1)直径小于或等于50微米(μm)的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少50％；并且(2)直径大于或等于55μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少5％。在一些这样的分散体中，直径小于或等于30μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少10％。这并不是说分散体不包含表面活性剂、分散剂等；例如，一些分散体包含表面活性剂(例如，阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂)。相反，可以说一些分散体通过其颗粒的粒度分布可以减少对表面活性剂、分散剂等的需要(例如，可以具有较低的临界胶束浓度)。

在某些情况下，需要在分散体中包含一种或多于一种添加剂，以例如增强排列的浸渍和/或经浸渍的排列的性能。然而，，这些添加剂可能不合需要地与彼此反应和/或与分散体中的其他成分、组分和/或化合物反应，聚集，当用分散体湿润排列时不均匀地引入到排列中，使分散体更加复杂等。一些分散体可以允许包含这样的添加剂，同时通过例如将添加剂分散在整个包含热塑性材料的颗粒上来减轻上述缺点。

除非本公开另有明确要求，否则术语“一个”和“一种”被定义为一个/种或多于一个/种。在任意公开的实施方案中，术语“约”可以用指定的“[百分比]内”来替代，其中百分比包括0.1％、1％、5％和10％。

短语“和/或”表示“和”或“或”。举例而言，A、B和/或C包括：单独的A，单独的B，单独的C，A和B的组合，A和C的组合，B和C的组合，或A、B和C的组合。换句话说，“和/或”用作包容性的“或”。

此外，以特定方式配置的设备或系统至少以该方式配置，但是其也可以以不同于具体描述的其他方式配置。

术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”是开放式连接动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”、“含有”一种或多于一种元素的分散体和/或系统拥有那些一种或多于一种元素但不限于仅拥有那些一种或多于一种元素。同样，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多于一个步骤的方法拥有那些一个或多于一个步骤，但不限于仅拥有那些一个或多于一个步骤。

任何分散体、系统和方法的任何实施方案可以由或基本上由(而非包括/具有/包含/含有)所描述的任何步骤、元件和/或特征组成。因此，在任何权利要求中，术语“由……组成”或“基本上由……组成”可以代替上述任何开放式连接动词，以便改变给定权利要求的范围而不是使用开放式连接动词。

即便没有描述或举例说明，除非本公开或实施方案的性质明确禁止，一个实施方案的一个或多于一个特征可以应用到其他实施方案。

以上描述了与实施方案相关联的一些细节，以下将描述其他细节。

附图说明

以下附图通过实施例而非限制的方式说明。为了简洁和清楚起见，并不总是在出现该结构的每个图中标记给定结构的每个特征。相同的附图标记不一定表示相同的结构。相反，相同的附图标记可以用于指示相似的特征或具有相似功能的特征，不相同的附图标记也可如此。

图1是显示目前用于制造层压体的一些方法的流程图，每种方法包括制备具有分散在水溶液中的含有热塑性材料的颗粒的分散体，用热塑性材料浸渍纤维排列，和对浸渍的纤维排列施加热和压力以制造层压体。

图2和图3分别显示两种分散体中含有热塑性材料的颗粒的粒度分布。

图4是含有热塑性材料的颗粒的示意图，该颗粒代表本发明一些分散体的含有热塑性材料的颗粒，其包含分散在整个热塑性材料上的一种或多于一种添加剂。

图5是根据本发明的一些方法的适合于用热塑性材料浸渍纤维排列的系统的示意图。

图6是根据本发明的一些方法的适合于将热和压力施加到浸渍的纤维排列以产生层压体的压制机的示意图。

图7是显示用本发明的一些方法所产生的第一批和第二批单向带中每一批的纵向抗拉强度的图表。

图8A和图8B分别是在纵向拉伸下失效后的第一批和第二批单向带的照片。

图9是每一个低温固结循环和高温固结循环中压制元件温度和施加压力与时间的关系图。

图10A显示了层压体的横向抗拉强度，每个层压体通过以下步骤产生：(1)使用(a)低温固结循环或(b)高温固结循环固结第一批单向带；或(2)使用(a)低温固结循环或(b)高温固结循环固结第二批单向带。

图10B和图10C是显示图10A的层压体的弯曲强度和弯曲模量的图表。

具体实施方式

图1的流程图显示了本发明用于制造层压体的一些方法，图5和图6分别描述了可用于执行这些方法中的至少一些的系统10和压制机14。在整个本公开中，引用系统10和压制机14来说明但不限于图1的方法。

一些方法包括制备分散体(例如，22)的步骤18，该分散体包含分散在水溶液(例如，30)中的含有热塑性材料的颗粒(例如，26)。分散体(例如，22)因其颗粒(例如，26)是固体且不溶于其水溶液(例如，30)而这样表征。一些分散体(例如，22个)至少部分由于其粒度分布(例如，其中颗粒的大部分颗粒质量和/或颗粒体积由直径大于30μm的颗粒所占)，可以被表征为粗分散体和/或悬浮液，因为如果不对分散体进行干扰，其颗粒最终会沉降。

可以确定分散体(例如22)的颗粒(例如26)的尺寸，以使得颗粒在用分散体润湿排列时能够充分到达纤维排列(例如62)的纤维之间的间隙，从而增强使用该分散体的排列的浸渍。例如，图2描绘了这些颗粒的说明性粒度分布。在图2(以及下面讨论的图3)中，如果将颗粒建模为球体，则颗粒的“尺寸”指的是其等效直径，这里称为其直径。对颗粒建模的球体可以是例如具有或产生针对颗粒测量的值的球体，例如颗粒质量和/或颗粒体积、由颗粒散射的光等。需要说明的是，分散体的颗粒可以但不一定是球形的；在某些分散体中，颗粒不是球形的。

图2(和图3)的粒度分布是基于体积的。对于给定的颗粒尺寸，图左侧(图3中的右侧)的y轴表示该尺寸的颗粒占颗粒总体积的百分比，而图右侧(图3中的左侧)的y轴表示该尺寸或更小的颗粒占颗粒总体积的百分比，以及大于该尺寸的颗粒占颗粒总体积的百分比。为了说明图的用法(请参阅其上描绘的虚线)：(1)直径为60μm的颗粒占颗粒总体积的约3.7％；(2)直径为60μm或小于60μm的颗粒占颗粒总体积的约89.8％；(3)直径大于60μm的颗粒占颗粒总体积的约10.2％。在某些分散体中，颗粒的粒度分布在其他方面与图2(或图3)相同，但是基于质量的。这样的粒度分布如图2(或图3)所示，并且按本段所述使用，除了在每种情况下都用“质量”代替“体积”。

为了说明这一点，所述颗粒中：(1)直径小于或等于50μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％(例如，至少50％)；(2)直径小于或等于40μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少15％、30％、35％、40％、45％、50％(例如，至少20％)；(3)直径小于或等于30μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少5％、10％、15％或20％(例如，至少10％)。为了进一步说明，颗粒的粒度分布可以包括：(1)小于或等于45μm的基于质量和/或体积的D50；和/或(2)小于或等于30μm的基于质量和/或体积的D10。

虽然与具有相同总质量的较大颗粒相比，较小颗粒可能更能够到达纤维排列(例如62)的纤维之间的空隙，但这种较小颗粒对分散体稳定性的负面影响可能比这种较大颗粒更大。这部分是由于这些较小的颗粒具有更大的总表面积，因此与这些较大的颗粒相比，它们彼此反应和/或与分散体中的其他成分、组分和/或化合物反应的可能性更大。因此，与使用这种较大的颗粒相比，使用这种较小的颗粒可能需要在分散体中使用更多的分散剂、表面活性剂等(例如，增加分散体的成本和复杂性)，并且如果颗粒太小，则它们可能对分散体的稳定性产生负面影响，以至于阻碍使用该分散体的排列的浸渍。此外，生产这种较小的颗粒可能比生产这种较大的颗粒更贵和/或复杂。

一些分散体(例如22)的颗粒(例如26)的粒度分布在颗粒到达纤维排列(例如62)的纤维之间的间隙的能力和分散体稳定性、成本和/或复杂性之间达到平衡。为了说明-并与图2保持一致：(1)直径大于或等于50μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少10.0％、12.5％、15.0％、17.5％、20.0％、22.5％或25.0％(例如，至少10％、至少15％等)；(2)直径大于或等于55μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少2.5％、5.0％、7.5％或10％(例如，至少5％、至少10％等)；和/或(3)直径大于或等于60μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少2.5％、5.0％、7.5％或10.0％(例如，至少5％)。为了进一步说明，颗粒可以具有：(1)20μm至30μm(例如，约22μm)的基于质量和/或体积的D10；(2)30μm至45μm(例如，约40μm)的基于质量和/或体积的D50；和/或(3)50μm至70μm(例如，约55μm、约60μm等)的基于质量和/或体积的D90。

然而，分散体可以包含具有任何合适的粒度分布的颗粒。请看图3以进行说明，在某些分散体中：(1)直径小于或等于80μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％(例如，至少50％)；和/或(2)直径大于或等于90μm的颗粒可以占颗粒质量和/或颗粒体积的至少5％、10％、15％、20％或25％(例如，至少20％)。为了进一步说明，在某些分散体中，颗粒的粒度分布可以具有：(1)20μm至50μm(例如，30μm至40μm、约32μm等)的基于质量和/或体积的D10；(2)55μm至85μm(例如，65μm至75μm、约70μm等)的基于质量和/或体积的D50；和/或(3)90μm至120μm(例如，100μm至110μm、约105μm等)的基于质量和/或体积的D90。

分散体(例如22)的颗粒(例如26)的热塑性材料可以包括任何合适的热塑性材料，例如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚(l,4-亚环己基环己烷-l,4-二羧酸酯)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸环己酯、聚苯醚、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯亚胺或聚醚酰亚胺或其衍生物、热塑性弹性体、对苯二甲酸弹性体、聚(环己基二亚甲基对苯二甲酸酯)、聚萘二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚砜磺酸盐、聚醚醚酮、聚醚酮酮、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚苯硫醚、其共聚物或其共混物。在某些分散体中，颗粒(例如26)的热塑性材料包括聚碳酸酯。

在某些分散体(例如22)中，至少一些(例如至少10％、25％、50％或75％、直到包括所有)颗粒(例如26)中的每一个包含分散在整个热塑性材料中的一种或多于一种添加剂。例如，在这样的颗粒中，一种或多于一种添加剂和热塑性材料中的至少一种可以作为混合物存在。为了说明一种这样的混合物，图4描绘了颗粒26，其包含热塑性材料42(例如，连续相)和分散在整个热塑性材料中的亚颗粒形式的添加剂46(例如，不连续相)。更具体地说，添加剂46的亚颗粒可以基本上被热塑性材料42包围，这意味着亚颗粒的总表面积的至少60％、70％、80％或90％被热塑性材料覆盖。至少一些亚颗粒可以完全被热塑性材料包围(例如，那些亚颗粒表面积的100％被热塑性材料覆盖)。为了说明另一种这样的混合物，一些颗粒可以各自包含与热塑性材料共连续的一种或多于一种添加剂(例如，一种或多于一种添加剂和热塑性材料各自为连续相)。进一步举例，在某些颗粒中，分散在整个热塑性材料中的一种或多于一种添加剂可以与热塑性材料(例如，通过离子键、共价键、范德华力等)化学键合。

通过使一种或多于一种添加剂分散在分散体(例如，22)的整个热塑性材料颗粒(例如，26)中，将这些一种或多于一种添加剂包含在分散体(例如，22)中，可以：(1)降低一种或多于一种添加剂(例如，被颗粒的热塑性材料保护)彼此反应和/或与分散体中的其他成分、组分和/或化合物反应的风险；(2)允许在分散体中包含更大量的一种或多于一种添加剂(例如，通过(1)，通过降低一种或多于一种添加剂聚集的风险等)；(3)当用分散体湿润纤维排列(例如62)时，促使将一种或多于一种添加剂均匀地引入纤维排列(例如，这种均匀性与将颗粒引入该排列的均匀性相当)；和/或(4)至少通过不要求将一种或多于一种添加剂独立于颗粒而添加到分散体中来简化分散体。包含分散在整个热塑性材料上的一种或多于一种添加剂的颗粒(例如，26)的另一个优点是，某些添加剂，例如阻燃剂、热稳定剂等，可以在颗粒生产期间保护热塑性材料(例如，不受热影响)。也就是说，在某些分散体中，可以独立于颗粒包含一种或多于一种添加剂。

这种添加剂可以包括例如阻燃剂、偶联剂、抗氧化剂、热稳定剂、流动改进剂、紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、冲击改性剂、交联剂、填充物、纤维和/或金属颗粒。在某些分散体(例如22)中，这种添加剂是阻燃剂。

合适的阻燃剂包括例如非卤素基阻燃剂、磷酸盐结构、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、磺化盐、卤素、磷、滑石、二氧化硅、氢氧化物、溴化聚合物、氯化聚合物、磷化聚合物、纳米粘土、有机粘土、聚膦酸盐、聚[膦酸盐-co-碳酸酯]、聚四氟乙烯和苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚四氟乙烯和甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚硅氧烷共聚物等(例如，非卤素基阻燃剂)。

合适的偶联剂包括例如马来化偶联剂(例如，马来酸酐接枝的聚丙烯、马来酸酐接枝的乙烯等)、硅烷偶联剂、钛酸酯等。合适的抗氧化剂包括例如受阻酚、仲芳胺、三价磷化合物、硫醚、有机硫化物等。合适的热稳定剂包括例如有机磷酸盐、酚类抗氧化剂等。合适的流动改性剂包括例如过氧化物母粒。合适的紫外线稳定剂包括例如受阻胺光稳定剂、羟基二苯甲酮、羟基苯基苯并三唑、氰基丙烯酸酯、草酰替苯胺、羟基苯基三嗪等。合适的紫外线吸收剂包括例如4-取代的-2-羟基二苯甲酮及其衍生物、水杨酸芳基酯、二酚的单酯例如间苯二酚单苯甲酸酯、2-(2-羟基芳基)-苯并三唑及其衍生物、2-(2-羟基芳基)-1,3,5-三嗪及其衍生物等。

合适的抗冲改性剂包括例如溶解于基体形成的单体中的弹性体/软嵌段，例如本体HIPS、本体ABS、反应器改性PP、LOMOD、LEXAN EXL等、通过复合而分散在基体材料中的热塑性弹性体例如二嵌段共聚物、三嵌段共聚物和多嵌段共聚物、(官能化的)烯烃(共)聚合物等、通过复合而分布在基体材料中的预定义的核-壳(基底-接枝)颗粒例如MBS、ABS-HRG、AA、ASA-XTW、SWIM等。合适的交联剂包括例如二乙烯基苯、苯甲酰过氧化物、二(甲基)丙烯酸亚烷基二醇酯例如二丙烯酸乙二醇酯等、亚烷基三醇(甲基)丙烯酸酯、聚(二甲基)丙烯酸酯、双丙烯酰胺、氰尿酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、顺丁烯二酸二烯丙酯、富马酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯、柠檬酸的三烯丙酯、磷酸的三烯丙酯等。

合适的填充剂包括例如滑石、碳酸钙、二氧化硅、其他矿物基填充剂、导电填充剂(例如铝粉、碳纤维、石墨等)等。合适的纤维包括例如碳纤维、玻璃纤维、聚芳酰胺纤维等。

分散体(例如22)的含有热塑性材料的颗粒(例如26)可以以任何合适的方式生产，例如通过研磨(例如干法研磨或湿式研磨)、粉碎(例如气流粉碎)等来生产热塑性材料(如上所述，其可以包括分散在其中的一种或多于一种添加剂)。一些颗粒(例如26)由于其粒度分布(包括上面关于图2和图3讨论的颗粒)主要在10微米量级，可以通过干法研磨热塑性材料来生产，这可能比其他方法例如湿法研磨更简单。

对热塑性材料进行研磨、粉碎等可以产生不同尺寸的颗粒。为了实现所需粒度分布(例如，任何上面讨论的那些)，可以基于颗粒的尺寸使用一个或多于一个筛来分隔颗粒。任何合适的筛都可用于分隔，例如符合ASTM E-161、ISO3310-1和/或ISO 3310-3标准的筛。说明性的筛包括可从工业网公司(Industrial Netting,Inc.)买到的

每个筛可以包括限定孔径尺寸的筛孔，其尺寸使得当颗粒沉积到筛上时，直径大于阈值直径的颗粒可以保留在筛上，而直径小于阈值的颗粒可以通过孔。每个筛可以以这种方式分隔至少一部分颗粒。作为说明，可以堆叠具有不同筛孔尺寸的多个筛，使得筛孔尺寸从上筛到下筛减小。颗粒可以沉积在上筛上，上筛可以保留一些颗粒，并根据颗粒大小允许其他颗粒通过。因为筛孔尺寸沿堆叠向下减小，所以上筛下面的每个筛都可以接收和筛分前面的筛没有保留的颗粒，如上所述。保留在每个筛上的颗粒的尺寸范围可以根据所使用的筛孔尺寸来确定。

被分隔的颗粒可以以适当的比例组合，在某些情况下，这可能包括丢弃至少一些颗粒，以获得所需的粒度分布。例如，当以小于或等于50μm的D50为目标时，至少一个筛的筛孔尺寸可以仅允许直径小于或等于50μm的颗粒通过；可以组合被分隔的颗粒，使得至少50％的组合颗粒(例如，按质量和/或体积)是未被该筛保留的颗粒。为了进一步说明，当所需粒度分布要求直径大于或等于55μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少5％时，至少一个筛的筛孔尺寸可以保留直径至少为55μm的颗粒；可以组合被分隔的颗粒，使得至少5％的组合颗粒(例如，按质量和/或体积)是由该筛(和/或由更大筛孔尺寸的筛(如果使用的话))保留的颗粒。以这种方式，分隔颗粒(其提供关于分隔的颗粒的尺寸信息)并基于该信息组合至少一些分隔的颗粒允许实现广泛范围的粒度分布。

分散体(例如22)的水溶液(例如30)可以包含至少50重量％、60重量％、70重量％、80重量％或90重量％的水，并且可以包含增溶成分、组分和/或化合物。

返回图1，一些方法包括使用分散体(例如本文描述的任何分散体)浸渍纤维排列(例如62)的步骤58，该分散体包含分散在水溶液(例如30)中的含有热塑性材料的颗粒(例如26)。步骤58可以包括：用分散体润湿排列以将颗粒引入排列的子步骤66；干燥排列以从排列中去除至少一些(例如，大部分，优选全部)溶液的子步骤70；和加热排列以熔化颗粒的子步骤74。下面介绍这些子步骤中的每一个。

使用图5的系统10来说明，排列可以包含一个或多于一个纤维束82，有时称为粗纱或丝束(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或多于10个束)。通常，束82可以设置在轴86上。每个束82可以包含任何合适数量的纤维；例如，一束可以包含100到80000根纤维，束可以是1K、3K、6K、12K、24K、50K或大于50K的束等。在用分散体湿润之前，束82可以通过例如将束穿过一个或多于一个展开元件90(例如一个或多个杆、销、辊、板等)之上和/或之下而展开。也就是说，在一些方法中，纤维排列可以是编织的(例如，其中纤维排列成平面、斜纹、缎子、篮状物、纱罗、模拟纱罗等织物)、非编织的(例如，其中纤维是多向的，并且通过缠结和/或热和/或化学键相互连接，而不是纺织或编织)等，其中任何一种可以设置或不设置在轴上。排列的纤维(无论是包含编织的、还是非编织的束(例如，82))可以包括任何合适的纤维，例如，碳纤维、玻璃纤维、聚芳酰胺纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、纤维素纤维等(例如，碳纤维)。

为了用分散体来润湿排列(子步骤66)，排列可以浸入该分散体中。为了说明，分散体可以包含在浴94内，并且可以使用一个或多于一个导向元件98引导束82穿过浴。在其他方法中，可以以任何合适的方式用分散体湿润排列，包括通过将该分散体喷洒、倾倒、刷涂、幕涂等将该分散体到排列上。在用分散体湿润之后，可以通过例如使排列风干(例如，在某些情况下，由一个或多于一个鼓风机进行)、使排列通过或穿过、或放置在热源(例如，红外热源、烘箱、加热模具等)来干燥排列(子步骤70)。

现在将颗粒引入到排列中，可以熔化颗粒(子步骤74)。如图5所示，为了实现这一点，排列可以穿过加热模具102。可以至少部分地使用相同的结构来进行干燥排列并使颗粒熔化的操作(例如，加热模具102可以用于进行子步骤70和子步骤74)。通过图示的方式提供了加热模具102；在其他方法中，除加热模具之外或代替加热模具，可以使用另一种热源，例如红外热源、烘箱等。在一些方法中，然后可以例如在压延辊106之间压制该排列。压延辊106或用于压制排列的其它压制元件可以处于比该排列更高的温度(例如，以便于热塑性材料(和一种或多于一种添加剂，如果存在的话)流过排列)，或者处于比该排列更低的温度(例如，以便于排列的冷却)。压延辊106是说明性的压制元件；其他合适的压制元件包括静态压制机的压板、双带压制机的皮带等。

一些方法包括步骤118，该步骤在压制元件之间单独或在包括其他这样的排列的堆叠中压制(固结)经浸渍的排列(步骤58之后的排列)，以生产层压体。图6描绘了这种示例性的压制元件：静压机14的压板122a和122b，其可通过致动器126移动以压制设置在它们之间的压板。然而，也可以使用其他压制元件，包括上述任何元件。

可以使用较低的温度来固结使用具有较小的含热塑性材料的颗粒(例如26)的分散体(例如22)所浸渍的排列(例如62)，例如具有以上关于图2讨论的任何粒径分布的那些，在某些情况下，与使用具有较大此类颗粒的分散体所浸渍的那些相比，具有更低的压力和/或更少的停留时间。这在一定程度上是由于前者在固结之前具有更均匀的热塑性材料分布，因此与后者相比，在固结期间需要更低的温度(例如，压力和/或停留时间)来达到期望的这种均匀性水平。至少以这种方式，当前的一些分散体(例如22)可用于减少生产层压体所需的时间、成本和/或能量，这在批量生产这种层压体时特别有利。

为了说明，在一些方法中，在压制排列期间，压制元件的最高温度(指至少一个压制元件达到的最高温度)小于或约等于以下任一项或介于任意两项之间：180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃或270℃(例如，不超过200℃、225℃或250℃)。当压制元件向排列施加压力时，开始压制排列，当压制元件不再向排列施加压力时，压制结束。较低的最高压制元件温度可以显著减少生产层压体所需的时间(图9显示，压制元件达到较低的最高温度并从较低的最高温度冷却所需的时间较短)。

为了进一步说明，在一些方法中，压制元件在压制排列期间处于最高温度或处于相对最高温度的偏差在5％以内的温度，只要至少一个压制元件在一段时间内(在此称为“停留时间”)小于或约等于以下任一项或任意两项之间：20.0分钟、17.5分钟、15.0分钟、12.5分钟、10.0分钟或5.0分钟(min)(例如，少于约15分钟)，则是满足要求的。为了进一步说明，在一些方法中，由压制元件施加到排列上的压力不超过每平方英寸80磅、90磅、100磅、110磅、120磅、130磅或140磅(psi)(例如，不超过100psi或120psi)。

用于用聚碳酸酯浸渍纤维排列的一些分散体包含水溶液和分散在水溶液中的颗粒，每个颗粒包含聚碳酸酯，其中直径小于或等于50μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少50％；和直径大于或等于55μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少5％。在一些分散体中，直径小于或等于30μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少10％。

在一些分散体中，至少一些颗粒的每一个包含分散在整个聚碳酸酯中的一种或多于一种添加剂，并且该一种或多于一种添加剂包括阻燃剂、偶联剂、抗氧化剂、热稳定剂、流动改进剂、紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、抗冲击改性剂、交联剂、填充剂、纤维和/或金属颗粒。在一些分散体中，所述一种或多于一种添加剂包括阻燃剂。

用于制造层压体的一些方法包括用包含水溶液和分散在水溶液内的颗粒的分散体来润湿纤维排列，其中每个颗粒包含热塑性材料，并且其中直径小于或等于50μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少50％，干燥纤维排列以从纤维排列中去除至少一些水溶液，加热纤维排列以熔化纤维排列中的颗粒，并且在压制元件之间压制纤维排列以产生层压体，其中在压制期间，压制元件的最高温度不超过250℃。在一些方法中，在压制过程中，压制元件处于最高温度或处于相对最高温度的偏差在5％以内的温度的时间少于约15分钟。在一些方法中，在压制期间，由压制元件施加于纤维排列的压力不超过120psi。

在一些方法中，至少一些颗粒的每一个包含分散在整个热塑性材料中的一种或多于一种添加剂，并且该一种或多于一种添加剂包括阻燃剂、偶联剂、抗氧化剂、热稳定剂、流动改进剂、紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、抗冲击改性剂、交联剂、填充剂、纤维和/或金属颗粒。

用于用热塑性材料浸渍纤维排列的一些方法包括用包含水溶液和分散在水溶液内的颗粒的分散体来润湿纤维排列，其中每个颗粒包括热塑性材料，并且至少一些颗粒中的每一个包含分散在整个热塑性材料的一种或多于一种添加剂，其中一种或多于一种添加剂包括阻燃剂、偶联剂、抗氧化剂、热稳定剂、流动改进剂、紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、抗冲击改性剂、交联剂、填充剂、纤维和/或金属颗粒，并且直径小于或等于50μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少50％，干燥纤维排列以从纤维排列中去除至少一些水溶液，并且加热纤维排列以熔化纤维排列中的颗粒。

在一些方法中，直径大于或等于55μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少5％。在一些方法中，直径小于或等于30μm的颗粒占颗粒质量和/或颗粒体积的至少10％。

在一些方法中，一种或多于一种添加剂包括阻燃剂。在一些方法中，至少一些颗粒中的每一个都包含热塑性材料与一种或多于一种添加剂的至少一种的混合物，并且任选地，添加剂是亚颗粒的形式，并且该亚颗粒基本上被热塑性材料包围。

在某些方法中，热塑性材料包括聚碳酸酯。一些方法包括干法研磨热塑性材料以产生颗粒。

实施例

将通过具体实施例更详细地描述本发明。提供以下实施例仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本发明。本领域技术人员将容易地认识到可以改变或修改各种非关键参数以产生基本相同的结果。

实施例1

用一些分散体生产的单向带

将包括聚碳酸酯和分散在整个聚碳酸酯中的非卤素基阻燃剂的材料研磨成两组颗粒：第一组的粒度分布在图3中显示，第二组的粒度分布在图2中显示。由于阻燃剂的作用，该材料的玻璃化转变温度为约105℃。对于每组颗粒，颗粒分散在水溶液中以形成分散体。每种分散体都足够稳定。

生产第一批和第二批单向带；对于第一批(“批次1带”)，使用了包含第一组颗粒的分散体，并且对于第二批(“批次2带”)，使用了包含第二组颗粒的分散体。为了制造每条带，碳纤维丝束被展开并穿过含有分散体的浴，使颗粒被引入丝束中。然后，干燥丝束，穿过加热模具以熔化颗粒，并在压延辊之间压制。每条带(无论是批次1还是批次2)的纤维体积分数为大约60％。

根据ASTM D3039对带进行纵向或沿纤维方向的拉伸测试。从每条带制备了试件，该试件的宽度垂直于带的纤维方向，为12.7毫米(mm)，并且标距长度平行于带纤维方向，为139.7mm。并且，使用1.27mm/分钟的恒定十字头速度测试每个试件。在测试过程中，使用涂有SURFALLOY涂层的抓楔夹紧试件的末端。这些测试结果包含于表1并记录于图7。

表1：用一些分散体生产的单向带的拉伸试验

批次2带的平均抗拉强度比批次1带的平均抗拉强度大20％以上。图7中使用α为0.5的Tukey-Kramer方法产生的对比圆圈(如图10A至图10C中的对比圆圈一样)表明批次1带和批次2带的平均抗拉强度之间的差异是显著的。

图8A和图8B分别是批次1带和批次2带在纵向拉伸测试后的照片。批次1带表现出过度的毛发状行为(hairlike behavior)，这表明其中纤维没有充分用树脂浸渍的带的部分。相比之下，批次2带显示出沿纤维方向相对清晰的劈裂，毛发状行为明显较少。而且，相比于批次1带，批次2带中的纤维断裂更普遍，说明批次2带的纤维比批次1带的纤维承受更大载荷。

批次2带的性能优于批次1带可能是由于用于生产批次2带的分散体中的颗粒(D50颗粒尺寸为大约40μm)平均小于用于生产批次1带的分散体中的颗粒(D50颗粒尺寸为大约70μm)。特别地，与用于批次1带的较大颗粒相比，用于批次2带的较小颗粒可能更好地到达纤维束的纤维之间的间隙，最终导致带具有改进的树脂-纤维界面，并因此具有更高的抗拉强度。

实施例2

用一些分散体生产层压体

每个层压体均通过固结以下材料来生产：16层批次1带(“批次1层压体”)或16层批次2带(“批次2层压体”)。层压体是单向层压体，这意味着每个层压体的带沿其纤维方向彼此对齐，并且每个层压体的厚度约为2mm。

每个层压体都是通过使用低温固结循环(“低循环”)或高温固结循环(“高循环”)在静压机的压制元件之间压制其带来生产的。低循环和高循环的固结参数包含在表2中，如图9所示。

表2：低循环和高循环固结参数

对于每个低循环和高循环：最高温度是压制元件对带施加压力时的温度；最大压力是压制元件对带施加的压力；停留时间是压制元件向带施加压力时处于最高温度的时间段。如图9所示，在低循环和高循环中，一旦压制元件处于最高温度，就由压制元件向带施加压力，并且在压制元件冷却的同时保持该压力。

根据ASTM D3039对层压体进行横向或垂直于纤维方向的拉伸测试。因此，对每个层压体制备了试件，该试件的宽度平行于层压体的纤维方向，为12.7mm，并且标距长度垂直于纤维方向，为139.7mm。每个试件都使用1.27mm/分钟的恒定十字头速度进行测试。

还根据ASTM D7264对层压体进行了四点弯曲试验。对于这些试验，制备了来自每个层压体的试件，该试件的跨度与厚度比为32：1，以便于试件的纯弯曲，并将沿试件中性轴的剪切贡献降至最低。在每种情况下都使用64mm的支撑跨度。横向拉伸和四点弯曲试验的结果包含于表3并记录于图10A至图10C。

表3：一些分散体生产的层压体的拉伸和四点弯曲试验

对于批次1层压体或批次2层压体，与使用低循环压制的层压体相比，使用高循环压制的层压体的平均横向抗拉强度明显更高。这表明，在其他条件相同的情况下，与使用低循环生产的层压体相比，使用高循环生产的层压体具有更完全的固结。此外，在使用高循环压制的层压体中，与批次1层压体相比，批次2层压体的平均横向抗拉强度更高，这些平均抗拉强度之间的差异非常显著，如图10A中的对比圆圈所示。如所示的，层压体的横向抗拉强度不仅由用于加固层压体的带的参数驱动，而且还由这些带的预加固的浸渍程度所驱动：使用更多浸渍的批次2带生产的高循环批次2层压体的性能优于使用较少浸渍的批次1带生产的高循环批次1层压体。

在弯曲强度方面(如图10B所示)，低循环和高循环批次2层压体的表现分别优于低循环和高循环批次1层压体。在四点弯曲试验中，每个层压体的试件在其顶面都发生了压缩屈曲。因此，与批次1层压体相比，第2批层压体的平均弯曲强度更高，这表明批次2层压体更好地抵抗其最外层带的平面外扭结。还显示，对于批次1层压体或批次2层压体，使用高循环压制的层压体比使用低循环压制的层压体具有更高的平均弯曲强度。值得注意的是，与批次2层压体相比，批次1层压体的低循环层压体的平均弯曲强度与高循环层压体的平均弯曲强度之间的差异更大，这表明批次2层压体由于使用了更多的浸渍带，因而对固结参数的变化不那么敏感。

至于弯曲模量(如图10C所示)，与低循环批次1层压体相比，高循环批次1层压体的平均弯曲模量明显更高；相比之下，低循环批次2层压体与高循环批次2层压体之间的差异很小。这是批次2层压体比批次1层压体对固结参数变化不那么敏感的另一个迹象。值得注意的是，低循环批次2层压体的性能与高循环批次1层压体和高循环批次2层压体的性能相当。虽然层压体的弯曲模量主要是纤维驱动的，但为了获得所需的弯曲模量，需要对层压体进行一定程度的固结，以确保层压体树脂内的剪切能正确地传递到层压体的纤维上。

以上说明书和实施例提供了说明性实施方案的结构和使用的完整描述。尽管上面已经在某种程度上特别地或参考一个或多于一个单独的实施方案描述了某些实施方案，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下对所公开的实施方案进行多种改变。因此，方法和系统的各种说明性实施方案不旨在限于所公开的特定形式。相反，它们包括落入权利要求范围内的所有修改和替换，并且除了所示实施方案之外的实施方案可以包括所描绘实施方案的一些或全部特征。例如，可以省略元件或将元件组合为单一结构和/或可以替换连接。此外，在适当的情况下，上述任何实施例的各方面可以与所描述的任何其他实施例的各方面组合以形成具有可比较或不同的性质和/或功能并解决相同或不同的问题的其他实施例。类似地，应该理解的是，上述优势和优点可以涉及一个实施方案，或者可以涉及多个实施方案。

权利要求不旨在包括，也不应被解释为包括装置加或步骤加功能限制，除非在给定权利要求中分别使用短语“用于……的装置”或“用于……的步骤”明确叙述了这种限制。