制造复合预制件的方法技术

一种形成部件的方法可以包括利用混合纱线(10)形成图案，其中混合纱线包含由热塑性材料形成的热塑性树脂丝(40)和由增强材料形成的增强丝(20)，并且其中增强材料具有高于热塑性材料的玻璃化转变温度的玻璃化转变温度和/或分解温度；将图案附接至载体材料(76)以形成预制件(70)；和使用预制件以形成部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
纤维增强塑料复合材料能够在比传统材料较低的重量下提供相当的或改善的结构特性。对于需要高强度与重量比的应用，(例如，航空、机动车、建筑、船舶、医疗和假肢应用)，这些材料越来越多地被使用。纤维增强塑料材料可以包括增强丝(reinforcing filament)，嵌入于塑料树脂基质内。除其他方法之外，热塑性复合部件(复合材料部件，composite part)可以通过将热塑性树脂模制于固定增强丝预制件(初步加工的成品，preform)的模具中来生产。这些预制件可以由增强丝片(reinforcing filament sheet)或垫构造而成。在纤维片中，增强丝可以具有彼此相关的固定取向。增强丝垫(reinforcing filament mat)可以具有无规的纤维取向。增强丝片和垫可以用于不同形状和尺寸的部件制造中。然而，使用这些片和垫的部件制造可以包括耗时、手工、片间手动层叠(叠层)。劳动密集型手动叠层工艺可以自动化，但自动化可能需要大量投资。片和垫可以限制生产商在部件中取向(orient)和/或定位增强丝的能力。另外，诸如孔等特征的形成可能需要切割增强丝。为了提高这些复合部件的强度与重量比，期望的是提高或最大化与将作用于成品部件的力通量(force flux)方向基本上对齐的增强丝的数目。增强丝可以提供高拉伸强度。因此，相比于具有未对齐纤维的部件，基本上对齐平行于所施加的拉伸应力的纤维方向可以改善复合部件的拉伸强度。还可以有益的是减少或最小化增强丝在复合部件中的不连续性，(即，由纤维断裂、切割等所致的终结)，这可能会降低部件的强度并引起部件内的局部缺陷而导致部件故障。
技术实现思路
本专利技术人已经认识到，除其他事项外，需要解决的问题可以包括减少制造复合部件的时间和/或成本，改善复合部件内取向增强丝的能力，和提供在复合部件中形成诸如孔等特征时保持连续增强丝的方法。本专利技术主题可以有助于提供这一问题的解决方案，如通过提供在定制纤维铺放工艺(tailored fiber placement process)中使用具有热塑性材料丝和增强丝的纱线形成复合部件的方法。本文中公开了热塑性复合预制件、热塑性复合部件、以及其制造方法。在一个实施方式中，一种形成部件的方法可以包括：利用混合纱线(混纺纱线，commingled yarn)形成图案，其中混合纱线包含由热塑性材料形成的热塑性树脂丝和由增强材料形成的增强丝，并且其中增强材料具有高于热塑性材料的玻璃化转变温度的玻璃化转变温度或分解温度；将图案附接至载体材料以形成预制件；和使用预制件以形成部件。在一个实施方式中，一种复合部件可以包含：增强丝的图案，其中，在使用时，部件具有力通量，并且其中增强丝与力通量对齐；和热塑性树脂基质；其中增强丝由不同于热塑性树脂基质的热塑性材料的增强材料形成，其中增强丝比热塑性树脂基质更硬并且拉伸强度更高，并且其中热塑性树脂基质粘结(结合)至增强丝。在一个实施方式中，复合预制件可以包含：载体材料；和混合纱线；其中混合纱线包含由热塑性材料形成的热塑性树脂丝和由增强材料形成的增强丝；其中增强丝比热塑性树脂丝更硬并且拉伸强度更高；并且其中混合纱线按照一定图案附接至载体材料。本
技术实现思路
旨在提供对本专利申请的主题的概述。它并非旨在提供本专利技术的排他性或穷尽的说明。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步的信息。附图说明现在参照附图，其是示例性实施方式，并且其中相同的元件编号相同。图1是混合纱线的图示说明。图2是沿着图1的混合纱线的A-A的截面视图的图示说明。图3是使用定制纤维铺放(TFP)工艺制成的混合纱线预制件的照片。图4是示出混合纱线预制件的边缘的图3的照片的部分100的分解视图。图仅仅是示例性的并且未按具体比例画出。具体实施方式增强纤维(以下称为增强丝)的织物可以是织造的、针织的、编织的或缝合的结构。这些织物的增强丝可以按照固定取向(例如，垂直)相互交错于织物平面中。这种结构可以类似于其它纺织品。由这些片切成的形状可以用树脂片或膜层叠以构建可以加固，例如，可以层压的复合部件预制件。当部件按照这种方式生产时，各个丝的长度可以相对于部件的形状取向。因此，增强丝可能非最佳地对齐于作用在成品部件上的力通量。例如，平行部件的长度、或最长尺寸排列的增强丝可以比平行于部件宽度排列的纤维更长。当按照这种方式构建时，会更厚，这可能会需要更重的部件才能满足既定应用的结构要求，这是因为增强丝不会按照提供所需强度的方式定位于部件内。一种制造复合材料的方法可以是将增强丝缝合在一起以生产增强丝预制件。如此制造的预制件可以缝合以保持预制件形状(和网形(net shape)所得部件)，并将成品部件中的树脂与增强材料比控制于所需的比率。这些预制件相对于其它方法可以改善增强丝铺放，但其可能难以使树脂基质分散成按照这种方式构成的紧密缝合增强丝预制件。例如，在这种紧密缝合预制件中的增强丝可以彼此邻接并可以防止热塑性树脂穿透预制件并在加固期间封装增强丝。松弛缝合可以使预制件不可用，因为增强丝可能变得彼此距离太远。使用混合纱线的定制纤维铺放(TFP)工艺可以用于克服这些缺陷。TFP工艺可以包括使用混合纱线形成图案并将其附接至载体材料以形成预制件。可选地，一个或多个预制件可以进一步进行加工处理，例如，模制如注射模制、压缩模制、包覆模制等，以形成制品。混合纱线可以允许各个增强丝在热塑性复合部件如预制件内的更特别的取向。混合纱线可以包括热塑性树脂丝和增强丝。混合纱线可以由热塑性树脂丝和增强丝组成。由混合纱线构成的部件可以紧密缝合而不会增加分散树脂基质的难度，因为热塑性树脂材料预先分散于部件中。在TFP中，增强丝图案可以使用一个或多个固定/附接丝线(thread)以附接至基底，或载体材料上。固定丝线(fixing thread)可以在部件制造期间如热固或热成型期间将增强丝固定到位。一个可以影响复合部件强度的因素可以是聚合物树脂基质能够如何在整个部件内广泛地粘结至增强丝。树脂基质能够饱和(saturate)、包被(surround)和粘结至增强丝的程度被称为增强丝的“浸湿”。如果增强丝在加固期间未充分浸湿，则纤维与树脂基质之间的粘附可能较差且部件可能更易于故障。使用TFP制成的混合纱线部件相比于其他方式构造而成的部件在较低的加固温度和/或压力下可以充分浸湿增强丝(即，导致成品部件具有可接受的结构特性)。这可以减少生产过程中的能耗。使用TFP制成的混合纱线部件相比于其他方式构造而成的部件可以在更短的时间内充分浸湿增强丝。这可以缩短制造周期时间。混合热塑性纱线可以包含热塑性树脂丝和增强丝。这种丝可以相互毗邻放置，偶尔彼此对接。丝可以各自分散于整个纱线中。丝可以以成束分散于整个混合纱线中。束可以包含热塑性材料的丝，增强材料的丝或包含前述至少一种的组合。本文所用的束可以是指编组不只一种相同材料的丝或编组不只一种不同材料的丝。混合纱线可以在定制纤维铺放(TFP)工艺中附接至载体材料，以制造具有基本上对齐的增强丝的近网状(net shaped)增强丝预制件。通过使用TFP工艺，混合纱线可以按照特定图案附接至载体材料，并可以基本上对齐增强丝在复合部件中的取向。对于“基本上”，正如“基本上对齐”中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成部件的方法，包括：利用混合纱线形成图案，其中所述混合纱线包含由热塑性材料形成的热塑性树脂丝和由增强材料形成的增强丝，并且其中，所述增强材料具有高于所述热塑性材料的玻璃化转变温度的玻璃化转变温度和/或分解温度；将所述图案附接至载体材料以形成预制件；以及使用所述预制件以形成所述部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.08 US 61/976,8561.一种形成部件的方法，包括：利用混合纱线形成图案，其中所述混合纱线包含由热塑性材料形成的热塑性树脂丝和由增强材料形成的增强丝，并且其中，所述增强材料具有高于所述热塑性材料的玻璃化转变温度的玻璃化转变温度和/或分解温度；将所述图案附接至载体材料以形成预制件；以及使用所述预制件以形成所述部件。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合纱线由热塑性树脂丝和增强丝组成，所述热塑性树脂丝由热塑性材料形成并且所述增强丝由增强材料形成，其中所述增强材料具有高于所述热塑性材料的玻璃化转变温度的玻璃化转变温度和/或分解温度。3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，包括将所述预制件设置在模具中；以及加热所述预制件以使所述热塑性树脂丝熔融并形成浸湿所述增强丝的热塑性树脂基质，以形成加固预制件；或进一步包括堆叠两个或更多个预制件，加热所述预制件以使所述热塑性树脂丝熔融并形成浸湿所述增强丝的热塑性树脂基质，以形成加固堆叠体。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括当所述热塑性树脂基质浸湿所述增强丝时以及当所述热塑性树脂基质冷却时，将所述预制件保持在高于大气压的压力下。5.根据权利要求3-4中任一项所述的方法，进一步包括将所述加固预制件插入模具中并在所述加固预制件上注射模制树脂。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述混合纱线通过编织、加捻、纺丝、缠绕、空气交络、机械交织或包含上述中的至少一种的组合由热塑性树脂丝和增强丝形成。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中附接包括缝合、点熔、超声焊、热铆、粘合沉积或包括上述中的至少一种的组合。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中附接包括用缝合至所述载体材料的固定丝线将所述混合纱线适当地保持在所述载体材料上。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，进一步包括排列热塑性丝和增强丝在所述混合纱线中的分布。10.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·詹姆斯·朱伯，朗维尔·库马·索尼，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL