[发明专利]改进的纤维增强的塑料复合物及其制造方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求均由Kermit D.Paul于2007年10月30日提交的、申请序列号为6I/000,987、名称为“Improved Compressor Vane-Manufacturing Process(改进的压缩机叶片及其制造方法)”的美国临时申请和申请序列号为6I/001,417、名称为“Improved Compressor Vane(改进的压缩机叶片)”的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及改进的纤维增强的塑料制品以及用于制造这种制品的制造方法和设备。更具体地，本发明涉及用于制造纤维增强的塑料产品的改进的方法和设备，所述纤维增强的塑料产品例如是带有围绕边缘的改进的增强纤维图案的压缩机叶片，这种增强通过连续处理提供强度和耐磨性，用于以非常显著地减少的成本形成这种增强的物品。

背景技术

与单成分材料例如金属和其它固有的高强度材料相比，在一段时间内已经制造的纤维增强的塑料物品带有较高的强度和耐用性同时带有减少的重量。在这种纤维增强的产品的制造过程中，各种丝和塑料树脂的混合物被用来生产复合物，与传统的工程材料例如金属和未增强的塑料树脂材料相比，所述复合物具有独特的性能。在这种复合物中，提供在树脂材料中的丝可以增加复合物的强度，使得它们在强度方面可以远超过甚至最强的金属，尽管所述复合物比它们的金属对应物轻得多。

因为热塑性塑料使得它们适宜于通过热成形方法例如挤压、锻造、冲压和类似方法制作和处理并且因为纤维塑料复合物中的纵向纤维提供纵向强度使得纤维塑料材料能通过模具被拉拔从而提供横截面形状同时形成被纤维提供的强度纵向地增强的长的、薄的结构构件，所以热塑性树脂通常被用来制造塑料和纤维复合物。因此，通常通过用所期望的任何热塑性材料的熔化树脂浸渍丝束来生产增强的热塑性复合物。所述熔化的树脂润湿所述丝，或者粘结所述丝，使得当再次冷却时所述丝和热塑性塑料将被粘附在一起。通常将使得所述丝束展开以允许热塑性塑料和纵向纤维良好地混合。通常通过所谓的拉挤模具或者合适形式的绞盘(capstan)的操作拉拔材料实现这种材料或材料复合物的成形。

最初的丝增强的预浸渍树脂复合物通常被称作用于“增强的预浸渍树脂复合物”的“预浸料坯”并且通常被制成片形，其稍后可以被形成单独的零件或者被结合在一起以形成更复杂的产品或用于用在这种产品中的坯体。市场上可买到的预浸料坯通常是以下三种形式(a)带有单向性的或UD纤维定向的树脂，(b)带有通常以0-90度纤维定向的用作纤维增强物的编织物的树脂，和(c)叠置以获得通常所期望的0-90度定向的UD或单向性的纤维搁置层。通过应用小塑料颗粒膏(slurry)而使得塑料树脂可以与纤维混合在一起，其然后被干燥并且被围绕所述纤维熔化并且被熔化在所述纤维中，或者最初就向纤维应用熔化形式的纤维。由于熔化状态的热塑性塑料的高粘度和编织增强物的紧密螺旋(tightly twirled)的线，编织物增强的热塑性预浸料坯不是很常见的。

通常的预浸料坯在丝方向上通常是非常强的，但是在横向于纤维的方向上是相对弱的或者甚至非常弱的，在这种横向方向上强度通常不大于母体热塑性塑料或者可选地不大于热塑性塑料与所述纤维的粘结力。为了给塑料复合物预浸料坯提供横向强度或侧向结构强度，通常采用这样的权宜之计，即，制造两个类似的线性预浸料坯并且然后将一个线性预浸料坯切断成仅仅与所述预浸料坯的宽度一样长的各自的短条并且以横向的方法将短长度熔接或者热结合到长条。然后能使得多层这种复合物预浸料坯通过加热器以使得母体材料升高到它的熔点之上并且使其通过进一步的粘附过程，在那里它基本上通过拉伸模具被拉拔，通过主要的纵向纤维的纵向强度以通过所述模具拉伸软材料。在这种方式中，复合物或零件能被制成具有横向以及纵向的增强强度。可选地，主要通过将复合物预浸料坯片放置到模中或者型模之上同时通过应用热以使得所述预浸料坯与模或型模相一致而使之成形，使得所述预浸料坯能被用来形成更复杂的零件，其中纤维被定向的角度被设计成为被形成的特定零件提供所期望的强度或其它性能。

已经发明了交叉纤维在主纵向增强的预浸料坯上的多种布置以提供多种增强的图案。然而，如同将认识到的那样，如所述的交叉增强的预浸料坯的形成是不可避免的劳动密集处理，并且结果的复合物预浸料坯在交叉纤维部分的连接角度方面由于这种劳动而会有差错，该错误或差错可能导致最终复合物预浸料坯中的严重缺陷，在严重的情形中其能导致重要模制零件的灾难性的失效。