[发明专利]包含连续纤维和长纤维的热塑性预浸料坯

说明书

相关申请

本申请要求2010年6月22日提交的临时申请序列号61/357,301的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

增强复合材料（或“预浸料坯”）通常是由浸渍在树脂基体内的纤维（例如碳纤维或玻璃纤维）制成。热固性树脂（例如不饱和聚酯、环氧树脂或聚酰亚胺）通常用作基体，特别是在需要高强度水平的应用中。然而，由热固性树脂制成的预浸料坯的一个问题是其通常脆性且具有差的抗冲击性。此外，由于该树脂的保存期限短，因此该预浸料坯通常难以储存。在为了克服这些问题的尝试中，近来努力开发热塑性预浸料坯。一种这样的预浸料坯是由热塑性树脂和单向排列的连续纤维制成的。这样的预浸料坯在纤维轴方向的弹性模量和强度方面具有优良的性能。然而，由于这样的预浸料坯具有各向异性的机械性能，因此在使用中需要在不同方向上取向的多个预浸料坯层。这必然引起所得到部件的成本的提高和厚度的增加。为解决与热固性预浸料坯相关问题的其它尝试包括使用热塑性树脂和通过切割单向排列的纤维束形成的短纤维。尽管这样的预浸料坯呈现出较好的各向同性强度性能，但增强纤维的最大体积分数通常低，这导致相对差的弹性模量和强度。此外，难以通过控制这种短纤维的体积来调节预浸料坯的机械性能。

如此，目前存在对根据具体应用选择性地控制其机械性能的热塑性预浸料坯的制备方法的需要。还存在对具有各向同性的机械性能的热塑性预浸料坯的需要。

发明内容

依照本发明的一个实施方案，公开了包含基本上在纵向方向上取向的多个连续纤维和无规分布的多个长纤维的热塑性预浸料坯，至少一部分长纤维以相对于该纵向方向成一定角度取向。连续纤维构成预浸料坯的约10wt%-约80wt%，长纤维构成预浸料坯的约2wt%-约35wt%。预浸料坯还包含树脂基体，其包含一种或多种热塑性聚合物且连续纤维和长纤维嵌入在其中，其中热塑性聚合物构成预浸料坯的约10wt%-约80wt%。预浸料坯在纵向方向的最大拉伸应力与预浸料坯在横向方向的最大拉伸应力的比值为约1-约40。

依照本发明的另一实施方案，公开了热塑性预浸料坯的制备方法。该方法包括将连续纤维和长纤维供给挤出装置，并将热塑性进料供给挤出装置，其中该进料包含至少一种热塑性聚合物。将连续纤维、长纤维和热塑性聚合物在浸渍模具内挤出以形成其中连续纤维与长纤维混杂并用热塑性聚合物基体嵌入的挤出物。

依照本发明的另一实施方案，公开了热塑性预浸料坯的制备方法。该方法包括将连续纤维和热塑性进料供给挤出装置，其中该进料包含至少一种热塑性聚合物。将连续纤维和进料在浸渍模具中挤出以形成其中连续纤维嵌入有热塑性聚合物基体的挤出物。然后将长纤维施加到挤出物中以形成复合材料。

下面更详细地提出了本发明的其它特征和方面。

附图简述

在说明书的剩余部分中，包括参照附图，更具体地提出了本发明的完整和能够实现的公开内容，包括对本领域技术人员而言的其最佳方式，在附图中：

附图1是用于本发明中的浸渍系统的一种实施方案的示意图；

附图2A是图1中所示的浸渍模具的截面视图；

附图2B是可在本发明中使用的浸渍模具的歧管组件和浇道的一种实施方案的部件分解图；

附图2C是至少部分地限定可在本发明中使用的浸渍区域的板的一种实施方案的透视图；

附图3是用图1的系统制备的预浸料坯的一种实施方案的横向截面视图；

附图4是图3中所示的预浸料坯的纵向截面视图；

附图5是可在由本发明的预浸料坯制备型材中使用的拉挤系统的一种实施方案的示意图；

附图6是本发明制备的预浸料坯的阳极实施方案的横向截面视图；

附图7是图6中所示预浸料坯的纵向截面视图；

附图8是在制备本发明的预浸料坯中使用的浸渍系统的仍另一实施方案的示意图；

附图9是用图8的系统制备的预浸料坯的一个实施方案的横向截面视图；

附图10是图9中所示的预浸料坯的纵向截面视图；和

附图11是可依照本发明制备的型材的一个实施方案的截面视图。

在本说明书和附图中参考标记的重复使用意于表示本发明的相同或类似的特征或要素。

具体实施方式

本领域普通技术人员应当认识到目前的讨论仅是对示例性实施方案的描述，并不意于为限制本发明的较宽方面。