[发明专利]压铸模制法和由此模制的增强的热塑性零件

说明书

技术领域

本公开一般涉及压铸模制技术，并且更具体地涉及压铸模制纤维增强的热塑性零件的方法。

背景技术

针对用更轻重量的模制材料代替机械加工的金属零件，进行了各种尝试。例如，在航空器工业中，一些金属零件已经被使用各种技术的任一种形成的塑料或复合材料零件代替。除了减轻重量，由聚合材料制造的零件可更经济地制造，部分原因是减少了加工时间和材料浪费。

使用聚合材料制造相对高强度的零件的现有尝试包括压铸模制片材料模制(sheet-moulding)的化合物，和使用热固性材料铺层各种形式的复合层压材料。每个这些现有尝试可能具有缺点。例如，低粘度热固性材料已经限制了模制期间的流动距离，并且因此可能不能够生产更高复杂度的零件。使用片形式可能不适合制造小的复杂的或横截面几何形状有变化的零件。现有制造技术可能也需要相对复合的铺层(layup)和/或复杂的铸模，这对于一些应用而言可能不是成本有效的。最后，通过现有方法制造的聚合物零件可能不在所有方向显示基本上相同的机械性质。例如，层压的零件在层压材料的平面和穿过厚度方向可能不具有相同的机械强度。类似地，模制热固性树脂短切纤维零件在穿过厚度方向上可具有低的机械强度。

因此，需要高流程压铸模制高强度、复杂的聚合物零件的方法，所述零件显示基本上各向同性或准各向同性的机械性质。也需要用复合材料替换机械加工的金属零件，以降低零件重量和制造成本。

发明概述

根据本公开的实施方式，高流程压铸模制纤维增强的热塑性树脂在模制过程期间减少了树脂与纤维的分离，从而减少了可能不期望的富树脂(resin-rich)和少树脂(resin-poor)区域。该模制方法生产至少接近纯形状(near net shape)的碳复合材料零件和配件，其具有复合几何形状和严格的尺寸公差。该公开的方法允许树脂和纤维混合物经过相对复杂的铸模通道的长流动长度，产生具有不同长度的纤维的三维布置，这促进零件中的各向同性性质。该公开的方法相对简单并且可通过优化纤维的形状消除对预成型的需要。该公开的方法用于压铸模制各种零件部件，包括但不限于镆斜角、棱(rib)、切口、半径、孔、U形夹和凸缘，仅举几例。压铸模制的热塑性零件的相对高强度和韧度允许金属插入物如凸缘和衬套并入零件。

根据一种公开的实施方式，提供了制造复合材料零件的方法。该方法包括生产每个包含纤维的多个片。通过将片和热塑性树脂引入铸模，形成铸模装料(mold charge)。装料被压铸模制为零件。生产片可包括从纤维增强的预浸材料切割每个片。该方法可进一步包括混合至少两个不同形状的片，其中形成装料包括将两个不同形状的片引入铸模。压铸模制法可包括以导致铸模装料湍流经过铸模的速度，压铸所述铸模装料。该方法可进一步包括在模制零件中形成孔，和将金属硬件插入物安装入孔。

根据另一种公开的实施方式，提供了模制纤维增强的复合材料零件的方法。该方法包括从用热塑性树脂预浸渍的单向纤维预成型材料切割多个片，和通过将预选择量的片引入铸模形成铸模装料。该方法包括以相对高的流动速率将铸模装料压铸模制入模腔，所述相对高的流动速率将纤维基本上均匀地分配穿过模腔，纤维定向基本上是随机的。切割片可包括从一条单向预浸带冲切片。片可是下列形状的一种或多种：正方形、矩形、圆形、椭圆形、梯形、三角形、六边形或菱形。

根据进一步实施方式，增强的复合材料零件包括压铸模制的热塑性树脂，其具有随机定向的不同长度的纤维，这提供多个方向的增强。纤维一般大体上遍布零件随机定向。零件可进一步包括至少一个孔和固定在孔中的金属硬件插入物。在一种实施方式中，孔可以是有螺纹的，并且硬件插入物可包括零件展示基本上准各向同性的性质。

1.制造复合材料零件的方法，包括：

生产每个包含纤维的多个片；

形成铸模装料，包括将片和热塑性树脂引入铸模；和

将装料压铸模制为零件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中生产所述片包括从纤维增强的预浸材料切割每个片。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将分别具有不同长度纤维的至少两个不同形状的片混合，并且

其中形成所述装料包括将两个不同形状的片引入模制化合物(molding compound)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述压铸模制包括以导致所述铸模装料湍流经过所述铸模的速度压制所述铸模装料。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述热塑性树脂是下列之一：

PEI、

PPS、

PES、