短纤维复合材料及用于制作短纤维复合材料的方法和系统技术方案

提供了短纤维复合材料及用于制作短纤维复合材料的方法和系统。一个实施例是用于形成短纤维复合物的方法。该方法包括在基部上形成随机取向的干燥纤维底基，响应于压力将树脂抽吸到底基中以形成浸渍有热固性树脂的随机取向的纤维的混合物，在维持混合物处的纤维长度的同时扰动混合物并使混合物脱气，以及挤出混合物以形成预制体。

【技术实现步骤摘要】
短纤维复合材料及用于制作短纤维复合材料的方法和系统
本公开内容涉及纤维增强复合物领域，并且具体地，涉及短纤维增强复合材料。
技术介绍
诸如碳、玻璃、凯夫拉尔(Kevlar)等的许多纤维材料用于各种目的，以便减轻重量，同时提供期望水平的结构性能。例如，连续纤维复合零件利用在层中取向的各个碳线股(strands，束)。每个层内的碳纤维线股是平行的，并且在期望的方向上延伸数英尺或甚至数百英尺。每个层中的纤维相对于特定的载荷力方向增强所得复合零件的强度。通过组合具有不同纤维取向的层，可以制作在各种方向上显示结构强度的复合零件。虽然连续纤维复合零件是非常期望的，但是在某些应用中它们在经济或技术上可能不可行。例如，制作在多个方向上显示强度的特别窄或小的连续纤维复合零件可能不经济。因此，短纤维复合材料可以用于此类复合零件。短纤维复合材料与连续纤维材料的不同之处在于，短纤维材料利用的长度明显短于连续纤维材料。短纤维在四分之一英寸到八分之一英寸长内变化。短纤维材料和连续纤维材料之间的另外的不同在于，短纤维材料内的各个纤维显示随机取向，并且因此在逐层的基础上不平行。这些物理特性使得短纤维材料基本上是各向同性的。这些特性还使得短纤维材料相对于连续纤维复合物不期望地显示出降低的强度。因此，短纤维复合零件的设计人员继续寻求将增加强度的对短纤维复合材料的增强手段。
技术实现思路
本文所述的实施例提供短纤维复合材料，其利用与高压挤出组合的加压树脂浸渍。该技术显著增加树脂穿透到随机取向的短纤维的干燥纤维底基中的量。增加树脂浸渍量会降低所得混合物的孔隙率，并且从而增强由混合物固化的所得短纤维复合零件的结构性能。一个实施例是用于形成短纤维复合物的方法。该方法包括在基部上形成随机取向的干燥纤维的底基，响应于压力将树脂抽吸到底基中以形成浸渍有热固性树脂的随机取向的纤维的混合物，在维持混合物处的纤维长度的同时扰动混合物并使混合物脱气，以及挤出混合物以形成预制体。另一个实施例是材料。该材料包括具有小于一体积百分比的孔隙率的复合零件。复合零件包括：随机取向的纤维的基体，每个纤维均小于二分之一英寸长；以及分布在整个纤维中的热固性树脂。另一个实施例是包括树脂浸渍器的系统。该树脂浸渍器包括基部，迫使热固性树脂通过基部处的随机取向的干燥纤维的底基以在基部处形成被浸渍纤维的混合物的压力源，以及用于空气从纤维底基离开设备的出口路径。设备还包括挤出机。挤出机包括尺寸适于接收混合物的端口，以及第一区域，该第一区域包括由端口给料的第一螺旋推进器，该第一螺旋推进器在维持混合物处的纤维长度的同时混合混合物，并使混合物朝向第二区域移动，该第一区域进一步包括从第一区域去除气体的真空端口。挤出机还包括第二区域，该第二区域包括第二螺旋推进器，该第二螺旋推进器在维持混合物处的纤维长度的同时以大于第一压缩压力的第二压缩压力扰动混合物。第二螺旋推进器使混合物朝向挤出机模具喷嘴移动。第二区域还包括围绕第二螺旋推进器的加热的壳体。挤出机进一步包括具有用于混合物离开挤出机的孔口并附接到第二区域的挤出机模具喷嘴。另一个实施例是包括挤出机的设备。挤出机包括端口和第一区域，该端口的尺寸适于接收浸渍有热固性树脂的纤维的混合物，该第一区域包括由端口给料的第一螺旋推进器，该第一螺旋推进器在维持混合物处的纤维长度的同时混合混合物，并使混合物朝向第二区域移动。第一区域进一步包括从第一区域去除气体的真空端口。挤出机还包括第二区域。第二区域包括第二螺旋推进器，该第二螺旋推进器在维持混合物处的纤维长度的同时以大于第一压缩压力的第二压缩压力扰动混合物，第二螺旋推进器进一步使混合物朝向挤出机模具喷嘴移动。第二区域附加地包括围绕第二螺旋推进器的加热的壳体。挤出机还包括具有用于混合物离开挤出机的孔口并附接到第二区域的挤出机模具喷嘴。下面可以描述其他示例性实施例(例如，与前述实施例相关的方法和计算机可读介质)。已经讨论的特征、功能和优点可在各种实施例中独立地实现，或者可以在其他实施例中组合，可参考以下描述和附图来看出其进一步的细节。附图说明现在仅通过示例的方式并参照附图来描述本公开的一些实施例。在所有附图上相同的参考标号表示相同的元件或相同类型的元件。图1是示例性实施例中增强的短纤维混合物的图示。图2是示出示例性实施例中的树脂浸渍器的图示。图3是示出示例性实施例中的另一树脂浸渍器的图示。图4是示出示例性实施例中的挤出机的图示。图5是示出示例性实施例中的模具喷嘴的图示。图6是示出示例性实施例中制作增强的短纤维复合材料的方法的流程图。图7是示例性实施例中的用于短纤维复合材料的制作设备的框图。图8是示例性实施例中的飞行器生产和保养方法的流程图。图9是示例性实施例中的飞行器的框图。具体实施方式附图和以下描述说明了本公开的特定示例性实施例。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计尽管在本文中未明确描述或示出但体现本公开的原理的各种布置，并且所述各种布置包括在本公开的范围内。此外，本文描述的任何示例旨在帮助理解本公开的原理，并且应被解释为不限于此类特定列举的示例和条件。结果，本公开不限于以下描述的特定实施例或示例，而是由权利要求及其等同物限定。图1是示例性实施例中增强的短纤维混合物120的图示。特定地，混合物120已经增强以显示降低的孔隙率水平。混合物120包括短碳纤维124。纤维124沿着XY平面在取向上变化。纤维124可以进一步沿所示的三个空间轴中的任何一个或全部显示随机取向。纤维124以多种方式区别于连续纤维。第一个区别是，纤维124是随机取向的(例如，沿所有三个维度)，而连续纤维全部是平行的。纤维124甚至可以沿着其轴向长度(L)曲折(corkscrew)或以其它方式显示出不同的取向，对应于纤维中的结或弯。第二个区别是，纤维124均显示出在八分之一英寸和二分之一英寸之间的轴向长度。该长度足够长以确保纤维124能够增强混合物120在固化后耐受结构应力的能力。该长度也足够短以确保混合物120用作可以模制成任何合适形状的基本上各向异性的材料。纤维124包封在树脂122内。树脂122可以包含热固性单体，所述热固性单体硬化成支撑纤维124的基体的聚合物。关于图2至图6讨论涉及短纤维复合材料的操作和制作的装置的进一步细节。图2是示出示例性实施例中的树脂浸渍器200的图示。树脂浸渍器200已被特定地设计成用树脂浸渍短纤维的底基(bed)212。树脂浸渍器200包括基部210。基部210接收随机取向的短纤维124的底基212。短纤维是干燥的，这意味着纤维124尚未被树脂122润湿。树脂浸渍器200还包括真空袋220。真空袋220被密封到基部210并覆盖底基212。端口230和端口260穿透真空袋220以使得空气能够穿过离开底基212并使得树脂122能够穿过进入底基212。当随着真空泵250从底基212中去除空气而经由歧管232和管线240向端口230施加负压时，真空袋220压缩到底基212上。因此，管线240用作空气离开底基212的出口路径。在另外的实施例中，可以根据需要实施任何数量的端口、歧管和管线。真空袋220结合真空泵250以及端口230用作压力源，所述压力源通过管线240排出空气290而将底基212处的压力降低到大气压以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制作短纤维复合材料的方法，包括：在基部上形成随机取向的干燥纤维的底基(604)；响应于压力将树脂抽吸到所述底基中以形成浸渍有热固性树脂的随机取向的纤维的混合物(606)；在维持所述混合物处的纤维长度的同时扰动所述混合物，并且使所述混合物脱气(610)；以及挤出所述混合物以形成预制体(612)。

【技术特征摘要】
2016.11.07 US 15/344,7551.一种用于制作短纤维复合材料的方法，包括：在基部上形成随机取向的干燥纤维的底基(604)；响应于压力将树脂抽吸到所述底基中以形成浸渍有热固性树脂的随机取向的纤维的混合物(606)；在维持所述混合物处的纤维长度的同时扰动所述混合物，并且使所述混合物脱气(610)；以及挤出所述混合物以形成预制体(612)。2.根据权利要求1所述的用于制作短纤维复合材料的方法，其中：挤出所述混合物以形成所述预制体的步骤产生的所述预制体包括沿所有三个空间轴随机取向并与树脂混合的纤维。3.根据权利要求1所述的用于制作短纤维复合材料的方法，进一步包括：用真空袋覆盖所述底基；将所述真空袋密封到所述基部；以及经由所述真空袋向所述底基施加负压，其中响应于施加所述负压，执行将可固化树脂抽吸通过所述底基。4.根据权利要求1所述的用于制作短纤维复合材料的方法，进一步包括：将树脂置于所述底基的顶部；以及从所述底基上方向树脂施加正压，其中响应于施加所述正压，执行将可固化树脂抽吸通过所述底基。5.根据权利要求1所述的用于制作短纤维复合材料的方法，其中：所述干燥纤维包含在形成所述底基之前已经与干燥玻璃纤维混合的干燥碳纤维。6.根据权利要求4所述的用于制作短纤维复合材料的方法，其中：所述混合物包含至少二十重量百分比的玻璃纤维、至少三十重量百分比的碳纤维和至少四十重量百分比的树脂。7.根据权利要求1所述的用于制作短纤维复合材料的方法，其中：在第一螺旋推进器中扰动所述混合物，之后在具有比所述第一螺旋推进器更高的压缩比的第二螺旋推进器中扰动所述混合物。8.根据权利要求1所述的用于制作短纤维复合材料的方法，其中：纤维沿所有三个空间轴随机取向。9.根据权利要求1所述的用于制作短纤维复合材料的方法，进一步包括：将所述混合物安置到执行挤出操作的挤出机中。10.一种短纤维复合材料，包括：复合零件(120)，具有小于一体积百分比的孔隙率，所述复合零件包括：随机取向的纤维(124)的基体，每个纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟东，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US