纤维增强复合材料及其制造方法技术

一种用无纺气流法纤维层压制的纤维增强复合材料制品及其制造方法．该方法包括把用热塑性物质浸透或含有热塑性粘结纤维的气流法纤维层，在具有所需形状的通气模具９８中加热纤维层至足以使其中部分热塑性物质熔融，并成型至具有承受树脂注入压力刚性的预型件，在将预型件送入树脂注入模后，用适当的树脂基质将纤维中的空隙充满，然后压制成所需形状并具有预定厚度的制品，其中的纤维增强复合材料在三维空间方向有几乎相同的强度．（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。需要承受重负荷的结构部件，如汽车壳体或框架、机械、建筑等，通常必需压制成相当复杂的形状，因此，这些结构部件相对地较重，加工这些部件所需的机械和工具必然是复杂的和昂贵的，早已知道，由复合材料，如复合玻璃纤维和树脂基体，所制成的结构材料可以制造重量大大减轻的结构部件，所需的机械及模具也较便宜等，因此，由此所得的结构部件可能比由钢铁制成的结构件部便宜。但是，这类结构复合材料已被证明需要非常强的劳动强度，这是由于这类结构复合材料的大多数实用的制造方法是需将骨架纤维成形至毡垫或织物，再将毡垫或织物浸渍树脂，然后手铺到支承物或模壳上。不仅由于手铺的方法需要极大劳动强度，而且不能实现这类复合材料潜在的强度，这些织物或毡制布在二维方向具有极好的强度的同时，但由于采用了手铺的方法，其固有的特点是在深度方向不具有增强纤维，也即这些结构复合材料在二维方向有较好强度时，在第三维方向强度较弱。因此，用结构复合材料代替钢制造的结构部件，如汽车壳体，不能得到很好的应用。本专利技术的目的是提供一种在三维方向在本质上具有相同强度的结构复合材料及其制造方法，该结构复合材料能在各不相同弯曲条件下制造成能载负荷的复杂外形，该方法允许采用劳动节省、高速自动化技术制造这类结构的复合材料，按本专利技术制造的随机整理的气流法纤维网状物或纤维层具有大量的向纤维的向纤维层深度方向分布的纤维，因此纤维在全部三维空间相互交织，并可以在制得的纤维层后，施加某些热塑性纤维或一种垫塑性材料，如果需要，然后将纤维层加热至足够稳定纤维层中的热塑性材料的较低温度，以使处理纤维层时它将不会裂开，再将纤维层传送到一个通气的模具中，该模具带有具有所需结构件形状的支承屏，然后将热空气通过纤维层和支承屏，足以将纤维层压到支承屏上，在没有充分压缩纤维层中的纤维条件下，加热纤维层到足以熔融纤维层至所需的形状，也就是在被熔融成可处理物件的同时，在通气模具中制得的预型件仍保持多孔隙特性，然后将预型件传送到一个可变压缩的树脂注入模具，由于纤维层在压制成预型件形状时没有完全被压缩，树脂基质将填满纤维间的孔隙并很易使预型件浸透。当预型件被树脂基质浸透时，将预型件压缩到所需的厚度，从而得到最终制品。纤维层中纤维的压缩将增加它们的纤维浓度，因此将增加由此形成的结构制品的强度。在用树脂饱和之前保持未压缩预型件的多孔隙结构，将使预型件很容易接收树脂，因为预型件已被加热到足以使热塑性树脂材料熔融的温度，所以预型件中的纤维能够承受树脂基质注入时所产生的压缩力，但应挑选树脂基质，这种树脂基质无论是有较低的粘度，或者在加热到低于预型件中所用的热塑性纤维或材料的熔点温度时具有较低的粘度。本专利技术的另一个优点是所需制品可以得到纤维混合物中各组分需要的特性。例如，玻璃纤维刚性较好，通常将它制成结构复合材料，但是，玻璃纤维的冲击强度较低，所以由玻璃纤维复合材料制成的制品相当地容易破碎。当采用玻璃纤维和另外一种与玻璃纤维相比弹性较好、抗冲击强度较高的纤维的混合物制造上述纤维层时，这种制品在具有较好刚性同时还具有高的冲击强度。下面将结合实施例的附图对本专利技术作进一步说明。图1是一种气流法无纺纤维层形成装置示意图的一个剖面图。图2是传送装置的视图，该传送装置用于从图1所示装置中移去形成的纤维层。图3是一种外形模具图解描述的剖面图，该模具用于压制由图1装置得到的纤维至预型件。图4是一种树脂注入模具图解描述的剖面图。图5是图4中密封圈122和树脂注入咀124的俯视图。附图1是美国专利3918126所述的气流法无纺纤维层形成装置10，该气流法无纺纤维层形成装置包括进料装置12和纤维层形成装置14。进料装置12包括装有相当大进料箱18的外壳16，进料箱接收制得造网状物或纤维层的纤维，当然，纤维起初是松疏的，在放入进料箱18之前用传统的方法加以混合。纤维混合物包括短结构的纤维法象卷曲玻璃纤维或不卷曲的玻璃纤维、graxhite纤维和(或)高强度聚酯，假如纤维层未被热塑性材料浸透，还将包括热塑性纤维。在最佳实施例中，在进料装置18中的纤维包括52.5%卷曲的玻璃纤维(Dwens-Corning玻璃纤维公司能大批供应)、17.5%Compet 聚酯纤维(Alliet公司能大批供应)和30%象被称谓Vinyon (Celeanese公司能大批供应)的热塑性粘结纤维或象Dacron (Dupont公司能大批量供应)或Kodel (Eastman Kodak公司能大批供应)的聚酯纤维。混合纤维见标号20，传送装置平板22安装在位于进料箱18内的滚筒上，该滚筒利用适当的能源(图中未示出)按箭头T所指的方向转动以使纤维20移向提升平板26，提升平板26是安装在位于进料箱中的滚筒28上，提升平板还带有向外伸出的直齿30，用电源运转滚筒以使纤维向上移动，卸料机平板32带有角钉34并环绕在电动滚筒36上，用电源38控制的通风机40抽吸空气并通常按箭头A的方向使空气通过由卸料机平板32和外壳15顶部所确定的通道42，通过通道42的计量空气移动预定数量的来自提升平板26的纤维20，剩余的纤维通过由提升平板26和外壳16相应壁面确定的通道46，由箭头A所示的计量空气迫使纤维进入由提升板26的上面边缘和外壳16的相应壁面确定的风道44。然后纤维被通过通道42和风道44的空气固结到进料纤维层47，这空气进入一个通进用适当的电源(图中未示出)控制并按箭头B方向转动的圆筒形多孔凝结器屏48，空气流用通风管50送回鼓风机40，转动的屏48与进料滚筒52相配合压挤进料纤维47，进料滚筒52与机械滚筒54相配合把原料纤维推向纤维层形成装置14，用转动的剌棍62刷去压铁58的纤维，该压铁装在外壳60上并成为纤维层形成装置14的一部份，刺棍62在整个宽度和全部圆周上是带有角钉或齿64的齿形表面，该刺棍按箭头C所示方向转动。依靠刺棍62旋动速度的离心力和鼓风机66的空气流，纤维从刺棍62上落卷，鼓风机66把空气吹进定界在外壳60中的小室68中，该小室把空气导向风道70和进入压铁58和刺棍62之间的通道72，将混合纤维从刺棍上移去，并用空气流将其通过风道75进入有孔的传送装置76，鼓风机66进口和外壳60内的小室77连接，该小室依次通过有孔的传送装置76与风道74相通，有孔的传送装置76包括安装在滚筒80上的有孔的带状物78，该滚筒按箭头D所示方向移动带状物，因为带状物78是有孔的和允许空气流通过，鼓风机66能够通过通道72、风道74、小室77和68、风道70循环空气，因此，可以使纤维从剌棍62落卷并通过风道74和压实在有孔的带状物78的区段82上形成无纺纤维层，因为有孔的带状物是绕滚筒80旋转，纤维层最终被从风道74复盖的带状物区段82送出。剌棍62的转速和鼓风机66的空气送入量按常规的方法调节，以调节纤维层形成装置10生成纤维层的量，虽然较轻的纤维层是可接受的，但本专利技术宁愿采用较重的纤维层，例如，推荐采用4盎司/平方码或更重的纤维层，因为这种重量的纤维层将提供如下面将叙述的制造结构复合材料强化所需的足够量纤维。这一点很重要，即用空气通过风道74吹制而随机排列的纤维层中的纤维应有足够长，以使它们相互交织多次，因此可在纤维之间提供较好的附着力，使每根纤维能结牢其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于该方法包括从结构纤维和热塑性粘结材料形成无纺纤维层的步骤，当该无纺纤维层形成时，定向纤维以使纤维层中的纤维在三维空间随机交织，在加热至少至粘结纤维部份熔融时，压制纤维层以形成所需形状的预型件，向预型件注入树脂基质以充满纤维间的空隙。

【技术特征摘要】
US 1986-5-2 858.974书决定，而不受到这些实施例的限制。权利要求1.一种纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于该方法包括从结构纤维和热塑性粘结材料形成无纺纤维层的步骤，当该无纺纤维层形成时，定向纤维以使纤维层中的纤维在三维空间随机交织，在加热至少至粘结纤维部份熔融时，压制纤维层以形成所需形状的预型件，向预型件注入树脂基质以充满纤维间的空隙。2.根据权利要求1的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于所说的纤维层是用所说的结构纤维和一种热塑性粘结纤维构成的，该热塑性粘结纤维是加到纤维层中的热塑性材料。3.根据权利要求1的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于热塑性粘结材料是一种在纤维层形成以后加到纤维层中的一种热塑性化合物。4.根据权利要求1的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于所说的方法包括将纤维层加热至足以使纤维层稳定的较低的温度，以使纤维层在进一步处理时不致破裂，然后，在将纤维层形成具有所需形状的预型件时，将纤维层加热至较高的至少足以使部份粘结材料熔融的温度。5.根据权利要求1的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于在将纤维层制成具有所需形状的预型件时，设有充分地压缩纤维层。6.根据权利要求5的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于将纤维层压制成具有所需形状的预型件时，是将纤维层放置在具有所需形状透气屏100上，然后，通过纤维层和透气屏100抽气，以使纤维层形成透气屏的外形。7.根据权利要求6的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于压制透气屏上的纤维层时，利用加热通过纤维层的气体的方法来对纤维层加热。8.根据权利要求6的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于预型件在压制完成以后被传送到树脂注入模具110，当预型件被放在树脂注入模具110处理时，将树脂基质注入预型件，当预型件的纤维被所说的树脂基质浸透时，该树脂注入模具压缩预型件以确保复合材料中构成纤维的浓度，并将复合材料压制成所需厚度。9.根据权利要求1的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于将纤维层放置在外型模具中压制成具有所需形状的预型件时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：克拉克阿尔顿罗德曼，爱德华特科曼霍莫诺夫，拉德克利夫威尔考克斯法利，爱德华特爱伦范格亨，
申请(专利权)人：联合公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]