由纖維增強的塑料材料制成的薄壁圓筒及其應(yīng)用制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種由纖維增強的塑料制成的薄壁空心圓筒（１２）。該圓筒的壁由至少一個層（２０；３２，３４；３２，４４，４６）組成，該層上具有排列在至少一個方向上的纖維，總的壁厚ｄ↑［ｔｏｔ］在１０至１０００微米范圍內(nèi)，比值ｄ↑［ｔｏｔ］／Ｄ≤０．００２５。纖維的排列方向（一個或多個）根據(jù)希望的最終用途來選擇。這種圓筒的例子特別包括：由碳／環(huán)氧樹脂制成的多個層的層疊體。該層疊體可用來制造這種形式的圓筒，該層疊體具有至少一個層，該層上的纖維排列方向與圓筒的縱軸線平行或垂直。（*該技術(shù)在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及由一種纖維增強的塑料制成的薄壁空心圓筒。
技術(shù)介紹
例如，從DE-A-2911167中已知一種用作驅(qū)動軸的壁厚較大的空心圓筒。這個已知的圓筒是層狀結(jié)構(gòu)，它包括至少四個層。該層包含的玻璃纖維或碳纖維的排列方向與該軸的縱軸線形成一個確定的角度。根據(jù)這個專利公告，玻璃纖維排列方向角為±30°至±50°的最內(nèi)層是吸收剪切負荷的主要支承。玻璃纖維排列方向角為0°至±15°的第一個中間層的功能是增加壁厚，以便抵抗使用過程中的扭轉(zhuǎn)。另一個包含排列方向角為0°至15°的碳纖維的中間層用于增加該軸的剛度，以便抑制工作時軸產(chǎn)生的通常的聲音/噪聲。最后，該軸帶有一個最外面的抗沖擊保護層，該層上的玻璃纖維的排列方向角為±60°至90°，該層同樣可抗扭轉(zhuǎn)。根據(jù)示例，總壁厚大約為3.0mm。另外，DE-A-2520623公開了一種由纖維增強的塑料材料制成的管子。該管子例如，可用在航空和航天領(lǐng)域，它包括多個具有排列方向任意的纖維的層。EP-A-0058783公開了一種管狀體，例如柱，它包括多個塑料層并帶有一個最外層的精加工層，在該精加工層中優(yōu)選使用不同纖維的組合。又例如，在NL-A-8802144中公開了一種薄壁空心圓筒，它用于制造所謂的“電鍍”印刷印版，在該圓筒壁上利用激光作出許多格子點形式的孔。這種已知的圓筒由塑料材料制成，在塑料材料中可以加入固體顆粒和/或纖維，以增加機械穩(wěn)定性和強度。這種性質(zhì)的塑料材料制成的電鍍印刷印版在商業(yè)上從未取得成功。除了用于制造電鍍印刷印版的上述用途以外，通常由金屬(例如Ni)制成的薄壁空心圓筒還可用于其他印刷應(yīng)用場合。例如，用于凸版印刷和照相凹版印刷，這時可在該圓筒的外表面上例如可以利用激光作出包括凹部的浮雕花紋，或者，還可用作曲面印刷的印刷平板的一個薄的金屬支承，該支承可以安裝在一個通氣滾子(an air roller)上和從該滾子上取下。這種形式的薄壁空心圓筒的其他應(yīng)用尤其包括作為轉(zhuǎn)移涂層和油墨的轉(zhuǎn)移介質(zhì)；如作為一種電成形模型的導(dǎo)電圓筒；也可用作任意方式驅(qū)動的滾子上的具有特殊摩擦/滑動性質(zhì)的表面的一種涂層材料的轉(zhuǎn)移裝置。在許多這些應(yīng)用場合中，重要的是可以用激光來加工圓筒材料，因為這表示圓筒壁厚必需不超過確定的上限。另外，在某些印刷應(yīng)用場合，該圓筒不是在整個圓周表面被支承，而只是支承在圓筒的末端(例如，支承在末端圓環(huán)上)。但在另一些應(yīng)用場合中，如果圓筒的長度較大，則這種形式的薄壁圓筒必需要有足夠的剛性(在縱向上)，以便容易搬運該圓筒，使圓筒不會損壞以及圓筒的彎曲在可以接受的范圍內(nèi)。另外，例如在曲面印刷中，當(dāng)利用空氣使圓筒的直徑增大時，很難使小直徑的鎳制圓筒在滾子上浮起。這種形式的小直徑的鎳制圓筒較難制造。另外，薄的鎳制圓筒容易變皺。然而，壁厚較大、因而也是不容易變皺的圓筒價格昂貴，并且更難浮起。薄壁金屬圓筒經(jīng)常是將圓筒推壓在一起，成為卵形進行運輸和儲存的。然而，這只有在圓筒具有一定的直徑才可能。因此，持續(xù)需要有一種性質(zhì)經(jīng)過改善的、便于使用、運輸和(暫時)儲存的圓筒。如上所述，根據(jù)NL-A-8802144，一般通過加入填充物和/或纖維，通常可以使塑料的機械性質(zhì)更穩(wěn)定。然而，該荷蘭專利申請沒有說明如何可以提高塑料的機械性質(zhì)的穩(wěn)定性。美國專利US-A-3981237公開了一種用塑料材料例如聚酯制造的轉(zhuǎn)動式印刷的篩網(wǎng)。塑料材料可以填充一種增強材料，例如玻璃纖維。這種轉(zhuǎn)動式印刷篩網(wǎng)是由用傳統(tǒng)的擠壓方法制成的管子坯料制造的，然后經(jīng)過在軸向雙向上拉伸。這些填充物材料為(短的)割斷的纖維，該纖維即使在軸向雙向拉伸后，仍隨機地分布在塑料材料中。因此，該纖維最大的體積密集度為40％。然而，這樣制造的篩網(wǎng)的強度和剛性有許多需要改進的地方。該管子坯料可用激光發(fā)射穿孔，形成篩網(wǎng)孔。另外，還應(yīng)指出，日本專利JP-A-11278817公開了一種由碳纖維增強的材料制成的圓筒結(jié)構(gòu)。考慮到在利用Czochralski方法生產(chǎn)單晶硅的裝置中，作為一個絕緣圓筒使用的情況，該圓筒結(jié)構(gòu)的壁厚較大。上述其他專利公開物中公開的壁厚較厚的空心圓筒不適合上述的應(yīng)用場合。在先前的技術(shù)中，一般認為不可能用纖維增強的塑料材料來制造直徑較大和壁厚較小(最多約1mm)，同時具有上述應(yīng)用場合所要求的機械和化學(xué)性質(zhì)的空心圓筒。另外，已知由于塑性變形的影響，在負載作用下，塑料材料比金屬(例如鎳)更容易變形。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種由纖維增強的塑料材料制成的薄壁空心圓筒，該圓筒的壁厚可允許用高能輻射處理成一個中間產(chǎn)品，同時其剛性對于許多其他應(yīng)用場合是足夠的，該圓筒可以與任意的支承一起使用和/或任意轉(zhuǎn)動。本專利技術(shù)的另一個目的是要提供一種由這種形式的纖維增強的塑料材料制成的薄壁空心圓筒，與在上述荷蘭專利申請第8802144號中所述的，由(纖維增強的)塑料材料制成的印刷印版比較，該圓筒的機械性質(zhì)得到改善。本專利技術(shù)提供一種由纖維增強的塑料材料制成的薄壁空心圓筒，其包括至少一個層，該層上的纖維排列在至少一個方向上，其總的壁厚dtot在0.010至1mm(10至1000μm)范圍內(nèi)，并且比值dtot/D≤0.0025，式中D為圓筒的直徑(mm)。根據(jù)本專利技術(shù)，已經(jīng)證實可以制造一個非常薄的套筒，其最大壁厚為1mm，具有可以加工得很光滑的且尺寸公差很精確的一個連續(xù)外表面，對其所需材料很少。除此之外，應(yīng)當(dāng)指出，在許多情況下，不需要進一步加工。優(yōu)選的是，圓筒總的壁厚dtot在0.010至0.700mm范圍內(nèi)較好，更優(yōu)選的是在0.020至0.300mm范圍內(nèi)。例如，當(dāng)壁厚為80μm時，圓筒的最小直徑為32mm，當(dāng)壁厚為1000μm時，圓筒的最小直徑為400mm。圓筒的橫截面優(yōu)選是圓形的，其D/L比小于1，其中L為圓筒長度mm。根據(jù)本專利技術(shù)的重量輕的圓筒非常適合于用作在諸如膠板印刷的快速回轉(zhuǎn)的滾筒或滾子上的套筒，例如對于膠版印刷，這時，該套筒不會由于離心力而脫離滾子。通過適當(dāng)?shù)剡x擇沒有屈服點或屈服點高的塑料材料(一種或多種)和纖維類型(一類或多類)，可以制造不容易變皺的圓筒。與金屬特別是鎳比較，一般地，塑料更耐腐蝕，并能更好地抵抗化學(xué)品的作用。如果根據(jù)本專利技術(shù)的圓筒用在腐蝕性的介質(zhì)中，例如在印刷時，則以上性質(zhì)是有利的。當(dāng)給定以上定義的壁厚與直徑的比值時，可以不需將多個根據(jù)本專利技術(shù)的圓筒推壓在一起，成為卵形，也容易運輸和儲存。該圓筒可很容易做成無縫的，因此，沒有由焊縫造成的不均勻性。與金屬圓筒比較，采用本專利技術(shù)的圓筒容易進行諸如切割和穿孔等加工。加入有在一個方向排列的纖維(以下稱為單向纖維)的單個塑料層具有各向異性的彈性性質(zhì)，即其性質(zhì)依賴于負載作用的方向。在該說明書中，纖維增強的塑料材料是指加入增強纖維的一個塑料基體層。根據(jù)本專利技術(shù)，這些纖維排列在一個方向上。眾所周知，加入纖維一般會改善塑料材料的剛性。可以加入所謂短纖維(也稱為“切斷纖維”)形式的纖維，也可加入在塑料中任意分布的長纖維和單向纖維。原則上說，使用單向纖維可以得到最大的剛性。另外，帶有單向纖維的層的纖維含量最高，因而，就是這些纖維使得這些層的彈性模量可獲得最大。如上所述，具有單向纖維的單一一個塑料層具有各向異性的彈性性質(zhì)。根據(jù)本專利技術(shù)，利用這種各向異性的現(xiàn)象來限制在各種應(yīng)用場合出現(xiàn)的，在負載作用方向上的變形本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種由纖維增強的塑料制成的薄壁空心圓筒（１２），它至少包括一個層（２０；３２，３４；３２，４４，４６），該層上具有至少排列在一個方向上的纖維（２２），圓筒的總壁厚ｄ↑［ｔｏｔ］在０．０１０至１ｍｍ范圍內(nèi)，比值ｄ↑［ｔｏｔ］／Ｄ≤０．００２５，式中的Ｄ為圓筒的直徑，單位為ｍｍ。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：卡斯特J范韋普倫，諾伯圖斯FJ埃爾曼斯，托馬斯M瓊克斯，
申請(專利權(quán))人：斯托克斯克倫斯公司，
類型：發(fā)明
國別省市：NL[]