[发明专利]用于加强聚合物复合材料的连续纤维网格

说明书

连续纤维丝束结构用于形成嵌入在模制聚合物基体中的网格加强体。网格结构被形成和成型为加强预定三维制品的一部分。可选地，该结构的一些或所有丝束构件可以形成有内部脉管通路，用于传热流体在模制聚合物制品的作用下穿过该结构的通道。在围绕网格结构模制液体聚合物，其完全地嵌入该结构。然后可将含有短加强纤维的液体聚合物固化，以形成复合加强聚合物制品。并且可以对复合制品进行连接，用于使流体流过制品内网格结构中的脉管通道。

技术领域

本公开涉及加强聚合物制品，其中制备了连续纤维的网格结构，并将其用作随后嵌入在模制聚合物基体材料内的支架状加强构件。在一些应用中，连续纤维网格结构可被制备成包括用于在复合聚合物制品内以及穿过复合聚合物制品进行传热流体流动的脉管通道。

背景技术

本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

在许多用于汽车和其他消费者应用的部件中，希望用由加强聚合物形成的模制或以其他方式成型的制品来取代金属或金属合金构件。这可以用于减少特定制品或部件重量的目的。在汽车部件的情况下，用于这种加强聚合物应用的实例可以包括发动机汽缸体、变速器外壳、泵壳体、电池组等等。

仍然需要改进的用于制造强而轻质的复合加强聚合物制品的设计方案和制造方法。

发明内容

期望制造具有聚合物基体的模制复合聚合物制品(通常注塑)，该聚合物基体包含由丝束材料(通常为连续纤维丝束材料)制成的嵌入式(模制到适当位置)加强结构。制品的聚合物基体部分可以任选地包含短的增强纤维(非连续纤维)。但是该制品的聚合物基体部分包含连续丝束材料的嵌入式、支架状网格结构。丝束本身可以是由许多组连续纤维形成的传统丝束材料。在其他实施例中，单根纤维(可选地为中空纤维)或管可以用作丝束状材料。丝束(或丝束状)材料的组成可以是碳、有机聚合物、金属或金属合金组合物，或陶瓷或玻璃组合物。在许多应用中，连续丝束材料被形成为脉管或中空管状结构，其能够允许在加强结构内以及穿过加强结构冷却或加热流体(气体或液体)的流动，用于管理复合聚合物制品的温度。

为了示例性实例的目的，如果复合聚合物制品待用作往复活塞内燃机的一个或多个汽缸的壳体构件，那么空心丝束构件的支架状加强结构可具有围绕每个金属汽缸衬垫壁及其冷却剂通道的圆柱形网格形状，以便在限定发动机汽缸壳体构件的形状的短纤维加强聚合物基体(短纤维增强件是可选的)内提供强度和刚度。作为进一步的示例性实例，可以向网格丝束结构的中空构件提供入口连接和出口连接，以使流体能够流动，用于冷却(或加热)围绕并包含往复式发动机的燃烧汽缸室的外壳构件。

根据本公开的第一实施例，多纤维丝束状材料由所选择的增强材料(诸如，例如碳纤维、聚合物纤维和玻璃纤维)的长(连续的)纤维形成。在该示例性实施例中，一组交织纤维的长丝束状结构可以以具有封闭的中央通道的合适长度的方式形成，用于使冷却或加热流体能够被引导通过丝束材料的通道。在一些应用中，聚合物浸渍并硬化的单根丝束条可用于形成例如垂直和水平丝束条构件的矩形或圆柱形的支架状加强形状。

在另一种实施例中，加强网格形状可以由编织碳纤维或其他编织丝束纤维(如编织缠绕的Towpreg纤维)形成，编织物的尺寸和形状为预期的加强网格形状。例如，编织的连续纤维结构可以形成在适当形状的心轴上或周围，以帮助限定和形成编织的加强网格结构的横截面形状和长度。编织结构的单根纤维经常被合适的热固性树脂润湿或浸渍，该热固性树脂可在处理步骤期间部分地固化，然后完全固化以适当地硬化编织的网格加强结构。并且可选地，编织物中的一些或所有连续纤维可能已经围绕能够从支撑结构移除的牺牲金属或聚合物细丝形成，使得一些纤维是中空的(脉管)，并且传热流体可通过模制聚合物产品或制品的加强结构部分而被引导。

在支架状结构已经形成并固定之后，将其放置于合适的模具，然后可流动的液体聚合物(可选地，与短的加强纤维混合)被注射或以其他方式模制在预先形成的支架状网格结构的表面周围并抵靠该表面，以限定预期制品的整体形状。通常，连续纤维基加强结构仅占复合模制制品体积的很小一部分。