[发明专利]拆散碳纤维丝束及模塑包含该类纤维的组合物的方法

说明书

与之相关的专利申请

该申请主张2012年5月1日递交的序列号为61/641,136的美国临时申请的优先权，据此，其内容通过引用的方式并入。

技术领域

本发明通常涉及一种用于拆散碳纤维丝束的方法，以及特别地涉及一种用于产生服从于内含物模塑组合物的(amenable to inclusion molding compositions)短切的及分散的碳纤维的方法。

背景技术

使用纤维内含物来增强基质是公知的现有技术。用于增强的完善机制包括通过基质减缓和延伸裂纹扩展的路径，和与从周围的基质材料中牵拉出一纤维有关的能量分布。在片状模塑组合物(SMC)配方和团状模塑组合物(BMC)配方，以下被统称为“模塑组合物”的情况下，传统地，纤维增强已经涉及短切玻璃纤维的使用。在模塑组合物领域中用碳纤维替换模塑组合物中的部分或全部的玻璃纤维的认知日益增加。但是，由于玻璃和碳纤维之间的区别，该效果仅获得有限的成功。特别地，这些区别包括纤维直径，用于模塑组合物的玻璃纤维通常具有16和30微米之间的直径，然而碳纤维通常具有2和10微米之间的直径。另外，玻璃粗纱纤维织物，或丝束通常具有数十到数百个单独的纤维，然而碳纤维丝束通常来自数千丝束和甚至数万独立纤维。更进一步的区别存在于纤维-纤维的相互作用(fiber-fiber interactions)，其中玻璃纤维倾向于散射和基于切断的拆散，范德华力(Van der waals bonding)和其他的纤维间(interfiber)表面相互作用力倾向于使碳纤维丝束无法在被切成作为一模塑组合物中的加固的所需长度后拆散。尽管碳纤维束的拆散是根据实验室规模模塑通过手工操作解决的，碳纤维丝束拆散为单独的短切碳纤维的生产规模存在问题。

因此，存在一种通过连续方式将碳纤维丝束拆散为单独的短切碳纤维的方法的需求。进一步地，存在一种促进碳纤维和模塑组合物组分之间的相互作用，以提高所得到的SMC或BMC的强度的需求。

发明内容

提供一种用于将共同形成一丝束的大量碳纤维拆散为适合在模塑组合物的配方中使用的分散的短切碳纤维的改进设备和方法。根据本发明的一个实施方式，碳纤维丝束被送入具有流体流动开口的模具，通过它一种流体撞击丝束的一侧来扩大丝束横截面区域。被扩大横截面区域的丝束从模具延伸到常规的纤维切断装置的路径来形成短切碳纤维。通过流体流动开口相对于纤维丝束通过的模具孔洞的相对位置的调整，在此结合撞击丝束的流体的性质、孔洞的形状，获得一种相比现有方法改进的短切碳纤维分散。然后，在某些具体实施中，根据本发明获得的短切碳纤维可以用来在配方固化之前根据模塑组合物的配方分散。通过模塑组合物的单体极性的控制，还得到短切碳纤维的进一步分散和有向性。

一个机械拆散器(mechanical debundler)容纳丝束状材料，例如碳纤维丝束，输入进一介于两个具有尖齿的对立滚轴之间的顶层输送区域，其中，第一滚轴顺时针旋转并且第二滚轴逆时针旋转，以便于将内部的丝束牵拉向一旋转快于所述的上两个滚轴的下尖齿滚轴，随着丝束通过，它被牵拉开并且扭折(pulled open and kinked)，来将丝束在高度上扩大至大约5倍。在实施方式中，机械拆散器(mechanical debundler)也可以与高温、吹气或等离子体同时使用。在使用等离子的实施方式中，对尖齿进行充电以在丝束被拉开的区域中生成等离子体。

在本发明的另一个实施方式中，一个常规的短切纤维丝束根据一个含有模塑组合物的极性单体分散。

附图说明

在本说明书的结论声明中特别指出和明确声明的主题被认为是本发明的主题。本发明的前述和其它目标、特征及优势在下列结合附图的详细描述中是显而易见的，其中：

图1A为一个根据本发明有效拆散碳纤维丝束的模具的横截面示意图；

图1B为一个在图1A中所示的模具的纵向截面示意图；和

图2为一个在本发明中有效用于拆散碳纤维丝束的模具的第二种实施方式。

图3说明了一个根据本发明的一个实施方式的机械拆散器(mechanical debundler)。

具体实施方式