[发明专利]拉挤部件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年11月23日提出的美国专利申请11/287,142的权 利，其全部公开内容通过引用的方式结合到在此。

本申请还涉及其每一个都在2005年11月23日提出的美国专利申请 11/287,140、11/287,143和11/287,141。

技术领域

本发明一般涉及使用拉挤成型工艺制造纤维增强复合部件的方法和 系统。更具体地说，本发明涉及使用聚氨酯树脂基体的复合部件。

背景技术

在拉挤成型工艺中形成的纤维增强复合结构部件一般包含嵌入在树 脂基体(例如聚合物，比如不饱和聚酯或环氧乙烯基酯)中的纤维增强物 (例如玻璃、聚合物或碳纤维)。该纤维增强物一般都包括纱线或丝束(每 一种都包含大量的纤维或长丝)和一种或多种纤维毡片或纤维网幅。

为了制造例如用于门和窗的线状物(lineals)的复合结构部件，要牵引 所述丝束穿过液体树脂前体材料的常压浴槽(一般是敞口的槽或缸)来将 其涂覆。涂覆后，即将丝束牵引通过固化口模来聚合和凝固树脂。使用 常压浴槽来涂覆丝束的一个困难是丝束内部的单根纤维或长丝可能不能 充分地被树脂涂覆。例如，丝束的外表面可能涂有树脂，而该丝束里面 的长丝或纤维可能仅部分被涂覆。

因为复合结构部件的强度主要依赖于树脂基体和纤维增强物之间的 相互作用，所以理想的是完全涂覆尽可能多的单根长丝或纤维。未涂覆 的长丝得不到结构支撑，不能承担任何大的压缩荷载。另外，和长丝掺 混的空隙区变成了会在负荷下引发裂纹的位点，从而降低了所述复合部 件的刚性和强度。因此，减少存在于制成部件中的部分涂覆长丝、空隙 等的数量是有利的。

有关常压浴槽的另一个难点是，其通常包括相对大体积的未固化树 脂的前体化学物质，这些化学物质的较大表面积暴露在空气中。不希望 这些化学物质蒸发到周围大气中，因为设计用于降低蒸气蒸发的缓解系 统可能相对昂贵，并可能妨碍保持产品质量和生产能力所需的许多操作。

用于拉挤复合部件制造的常规树脂(例如聚酯、乙烯基酯、酚醛树脂 等)的极限强度为约8000～15000psi，弹性模量为约350000～500000。该弹 性模量能很好地与那些增强纤维的弹性模量匹配。当给这样的复合部件 施加压力或弯曲载荷时，该载荷会被这些增强纤维以产生相对平衡载荷 和较高极限强度的方式分担。然而，这些常规树脂体系的断裂伸长率一 般是约1.5％～3％，其超过了之前纤维的4％-6％的断裂伸长率。当超过树 脂的断裂伸长率时，树脂将会断裂，留下那些未支撑的纤维。这使得荷 载集中在小百分数的可用纤维上，并超过其极限强度，从而导致在低于 完整纤维增强封装件最大理论值的荷载下的部件破坏。

用于拉挤复合部件制造的常规树脂在与纵向(即牵引)方向垂直的方 向上强度也较小。因此，该拉挤复合部件可以使用横向取向的增强纤维 来给部件提供必要的横向强度。例如，该增强材料可以同时包含纵向贯 穿拉挤部件的纤维丝束和给部件提供多方向强度的纤维毡片。然而，加 入横向纤维或纤维毡片不合需要地增加了部件的重量和费用，而且增加 了制造该部件的加工难度。

因此，相比通过常规树脂体系所提供的拉挤复合部件，需要提供一 种改进的树脂体系来给拉挤复合部件提供增强的结构强度。还需要一种 不使用横向增强纤维就具有足够横向强度来提供抗弯能力的复合部件， 并允许用螺丝、钉子等来固定该部件。还需要提供一种在拉挤成型工艺 中使用聚合材料涂覆增强材料的改进系统和方法。

发明内容

本发明的一个示例实施方案涉及拉挤复合部件，该拉伸复合部件包 括包含热固性聚氨酯树脂的基体材料和在树脂基体内部的纤维。所有在 树脂基体内部的纤维是基本上单一方向取向的，该基体材料的断裂伸长 率大于纤维的断裂伸长率。

本发明的另一个示例实施方案涉及用于门或窗的线状物，它包含热 固性聚氨酯树脂和在聚氨酯树脂内部用于该线状物的增强材料。该增强 材料由基本上互相平行取向的纤维丝束组成。该热固性聚氨酯树脂的断 裂伸长率基本上等于或大于该增强材料的断裂伸长率。