模塑材料制造技术

本发明专利技术提供了一种模塑材料（１４，２０，２６，３２，３６，４０，４８），制造这种模塑材料的方法、由这种模塑材料模制的产品，使用所述材料模制产品的成套模具和方法，该模塑材料（１４，２０，２６，３２，３６，４０，４８）包括具有连续的增强纤维（１２，２４，３０）的纤维材料（１０，２２，２８，３４），至少一些增强纤维在沿其长度的至少一个点处被切断。该连续的增强纤维通常为单向纤维，即机织的、针织的、编织的或缝合的纤维材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及模塑材料、模塑材料的制造、使用该模塑材料模制的产品和模制方 法，特别地但不唯一地涉及用于生产纤维增强复合材料的模塑材料和方法。
技术介绍
纤维增强复合材料一般是使用纤维增强材料形成的，也就是包括纤维增强材料， 该纤维增强材料有两种主要类型，通常称为不连续的和连续的增强材料。不连续的纤维增强材料一般包括在纤维层内随机定向的长度较短的纤维。这种长 度相对短的随机纤维"毡(mats)"提供的模塑材料具有良好的悬垂特性，这使得该 材料能够符合相对复杂的模型表面，且不会在拐角处产生跨接的明显问题。所用的跨 接是一个术语，其中模塑材料不能精确地符合模型的形状，特别是在拐角处，但是实 际上如果没有假定拐角在模型屮的定义和形状该模塑材料会穿过或跨接在拐角上。这种不连续的纤维增强复合材料的缺点是，随机纤维不能很好地打包，因此这种 材料的纤维容积率被限制到大约30%。这样相对低的纤维容积率使得材料以及由此制 造的产品的性能特别是机械性能相对较低。连续的纤维增强材料一般是单向的机织的、针织的、编织的或缝合的纤维材料， 该纤维材料包括长度相对长的纤维。单向的纤维材料由布置在线轴架上的纤维线轴形 成，多束纤维穿过导向装置提供平整的纤维板或网，其中所有纤维通常都沿着相同的 方向延伸。这些纤维通常以良好捆装的方式排列，因此其通常具有55-60%的高纤维容 积率。这意味着和使用非单向的纤维增强材料制造的产品相比，使用单向纤维制造的 产品容易具有相对更好的机械特性，并且表面光洁度倾向于更高。但是，单向材料的 一个明显缺点是其不能够沿纤维长度的方向移动，这意味着使用单向纤维材料形成的 模塑材料会带来跨接的缺点和不能悬垂在复杂的几何形状上。这可能是一个很大的缺 点，当使用这种材料形成复杂形状时，在沿纤维长度的方向需要一定程度的弹性以消 除跨接。机织的、针织的、缝合的和编织的纤维增强材料一般包括根据常规技术交织的长 度相对长的纤维，用于形成纤维层。此外，这种纤维层一般具有一致的结构，但是纤 维一般不会像在单向材料中那样有效地捆装。典型的机织织物预浸料坯具有40至50 %的纤维容积率。机织增强材料的一个缺点是，机织过程会将褶皱和波纹引入纤维 层。纤维增强树脂当其绝对笔直时特别是在复合材料的压縮特性方面可最有效地由此 形成。已经纽结的纤维如机织的、针织的和编织的纤维容易起皱。此外，机织的预浸 料坯在纤维不精确遵循模具或模型轮廓时还会产生跨接的问题，从而产生具有轮廓较 差的拐角的元件，这会再次不利于由此形成的元件的机械特性和/或外观。机织的预 浸料坯所带来的"跨接"问题倾向于比单向的预浸料坯所带来的更小，但是跨接的问 题仍然存在。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种模塑材料，包括具有连续的增强纤维的纤维材料，至少一 些增强纤维在沿其长度的至少一个点处被切断。优选地，每个纤维包括多个分段，至少-些分段优选所有分段通常沿纤维的长度 对齐。每个分段包括长度相对短的纤维，优选地相邻纤维的相邻分段通常彼此平行地 延伸。优选地，每个长度相对短的纤维的长度介于5和100毫米之间，优选地介于15 和75毫米之间。优选地至少一些短纤维(cut fibres)在其长度上的多个点被切断。 一些或所有 所述多个短纤维沿纤维的长度均匀间隔，或者优选地处于预定的位置。优选地层中的短纤维布置成使得材料通常仍然保持完好无损。优选地材料中的至 少一些纤维是单向的，并且通常沿一个方向延伸，所述纤维优选包括该短纤维或一些 短纤维。材料中的短纤维沿横过单向纤维的长度方向的横向方向延伸，优选在多个相 邻纤维上延伸。至少一个短纤维通常垂直于单向纤维的方向延伸。可替换地，或者附 加地，短纤维优选以相对单向纤维的方向成20°至110°的角度延伸。该角度可以介于 20。和60。之间，更优选地是大约45°。优选地一个或多个短纤维仅在材料屮的一些所述纤维上延伸，优选在5至50%的 所述纤维上延伸，更优选地是在15至30%的所述纤维上延伸。每个或一些短纤维大 体上是直的。10可替换地，或者附加地， 一个或多个短纤维在所有单向纤维上延伸，优选地在模 塑材料的宽度上延伸。可以在纤维材料上设置短纤维的图案，该图案包括通常规则的且可能重复的短纤 维的图案。使一些短纤维对齐，优选沿横过纤维的横向方向同轴。所述一些短纤维包 括横过纤维的可替换短纤维。在纤维材料的一个或多个区域选择性地布置短纤维，该区域被预先确定成其中要 求材料在模制过程中符合相对综合或复杂的形状或轮廓的区域，该短纤维有利于符 合。短纤维的结构为使得其用于通过例如促进在该/这些区域的材料的改进悬垂性而 帮助材料变形和符合。在不要求材料显示出增强的一致性的区域，可以减少短纤维的 数量或者将其减少到零。优选地纤维材料的形式为薄片或层。优选地该短纤维或至少一个短纤维延伸穿过 层或薄片。优选地纤维层包括纤维容积率为40至70%的单向材料，优选地纤维容积率为55 至60%。可替换地，纤维层包括纤维容积率大约为30%至65%，优选为40至55%的、机 织的、缝合的、针织的或编织的织物。模塑材料包括支撑部件，用于支撑纤维材料，以及特别地切断材料中的纤维，从 而有助于使其保持对齐并由此保持材料的完整性。特别地提供支撑部件以在一个或多 个短纤维完全或大体上完全横过延伸时保持纤维材料的完整性。支撑部件包括支撑材 料层，该支撑材料层上带有纤维材料。纤维材料可以与支撑部件连接，优选是可剥离 地连接。支撑部件包括塑料材料、纸、树脂材料、纤维增强的树脂材料或其他合适的 支撑材料。可替换地，或者附加地，模塑材料包括至少部分注入到纤维材料中的树脂材料， 该树脂材料优选是可固化的树脂材料。可替换地，或者附加地，在纤维材料的至少一个表面上优选以局部浸渍或未浸渍 的方式布置树脂材料层。该树脂材料的形式为预浸料坯，其包括前述的支撑部件。树脂材料包括热固性树脂，如环氧树脂、BMI、氰酸酯、酚醛树脂中的一种或多种。11可替换地，或者附加地，树脂材料包括热塑性树脂，如PES、 PPIS、 PI、 PEI、PEEK中的一种或多种。可替换地，或者附加地，模塑材料包括处于所述纤维材料一侧的第二纤维材料，其形式为薄片或层。所述第二纤维材料包括连续的纤维结构，如单向的、机织的、缝合的、编织的和/或针织的织物，或者可替换地其包括不连续的纤维结构，如各向同性的短纤维毡片(chopped mat)。模塑材料包括如在前面的15个段落中的任何一个段落所描述的多个纤维材料层，所述层中的至少一层相对其他层或其他层中的至少一层定向，使得纤维的方向特别是各个层中的单向纤维交叉且通常优选是相互垂直的。优选地， 一个实施例中，模塑材料包括两个所述纤维材料的相邻层，其定向成使得短纤维或者至少一些短纤维在一个层中彼此交叉，优选地通常垂直于另一个层中的短纤维或者至少一些短纤维延伸。优选的是相邻层中的短纤维不直接与其他短纤维叠合或叠置，因为这会在用模塑材料模制的产品中导致不可接受的削弱。在纤维的总方向卜.以非90°的角度提供短纤维可帮助促进相邻层的层合，这通常是通过尽可能地减少叠置的短纤维来手动实现的。根据本专利技术的第二方面，提供一种制造模塑材料的方法，该模塑材料包括具有连续的增强纤维的纤维材料，该方法包括在沿其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模塑材料，包括具有连续的增强纤维的纤维材料，至少一些增强纤维在沿其长度的至少一个点被切断。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯约瑟夫科登，乔纳森菲利普格里格森，
申请(专利权)人：高级复合材料集团有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]