[发明专利]淤浆预制品系统

说明书

本发明的背景

本发明一般地涉及纤维增强塑料预制品的制造，较具体点说，涉及在纤维增强预制品中控制纤维设置的方法和设备。

纤维增强塑料(FRP)件或复合件为众所周知并被广泛应用。FRP件一般具有一个可塑的形状，其内散布着碳纤维、玻璃纤维、或其他增强纤维以资增加其强度。有一种制造FRP件的方法被称为树脂输送模塑法(RTM)。

在RTM法中，纤维材料连同树脂被注入模具中，树脂硬化后便成为零件。这种技术的实例在普通授予的美国专利4,740,346号(复合结构周边树脂的输入)；4,849,147号(制造一个具有完整成形连接件的模塑结构的方法)；及4,863,771号(中空纤维增强结构及其制造方法)中都曾公开过，并都在本文中被具体引用作为参考。在RTM法中，纤维材料通常在放置到模内之前被制成初步形状。这个成形部分一般与邻近模具的型腔表面的轮廓一致并被称为预制品。有几种不同的制造方法曾被用来构造预制品。其中一种是用空气流将切短的纤维投送到筛网上。这种技术的一个问题是不容易得到所需的纤维取向。另一种方法利用纤维材料的编织物来制造预制品。但这种方法会产生较多不希望有的废料并且费工，这会造成生产的效率低落。

还曾公开过另一种被称为湿淤浆方法(wet slurry process)，如Keown等的“湿淤浆方法给增强塑料带来精度”。该方法用真空将含有切短纤维的淤浆抽吸到一个被筛网覆盖的小室内，使纤维沉积在筛网上。但这种方法也有一些缺点。例如，不容易一致地得到所需的纤维取向和纤维的紧密度。加之，用来造成真空并抽吸淤浆使它通过筛网所需泵和其他设备可能会过分复杂并难于维修。另外，整个过程比较缓慢。

一种改进的湿淤浆方法曾在普通授予的美国专利5,039,465号(从湿淤浆中制成纤维增强塑料预制品的方法和设备)中被公开，该专利在本文中也被参考引用。该专利指点说，可提起筛网使它通过一个含有纤维淤浆的储罐，纤维就会沉积在筛网上，从而可造出预制品。虽然这个方法可行，但也有一些缺点。例如，当筛网被提起到液体之外时预制品的结构完整性可能会受到损害。此时如果筛网是在淤浆表面之下运动，来自淤浆的压力能迫使纤维停留在筛网上并使它们保持在位。但当预制品正在从储罐内取出时，一旦筛网冲破淤浆的顶表面，环绕筛网的液体和纤维混合物就会冲到预制品的内部空腔内，于是预制品的直立侧壁就会崩坍，从而需要昂贵地修补工件或将整个预制品报废。

在构造纤维增强的预制品时另一个困难是使整个预制品的壁厚维持均匀。当提拉筛网使它通过淤浆时，较多的液体被迫通过筛网的主表面，其时筛网与提拉方向垂直，而较少的液体会沿着与筛网运动方向平行的直立侧壁上升。由于沉积在筛网上的纤维的数目正比于被迫通过筛网的液体的数量，因此用这种方式构造的预制品可能含有厚度不均匀的部分。

另一个困难涉及在生产环境下制造预制品的问题。通常在每一循环开始时，切短的纤维必须被秤重然后被加入到淤浆内，而秤重的操作是昂贵而又费时的。

另外，使纤维均匀地分散在水内并不是一个轻松的任务。由于水表面有表面张力，轻质的纤维会停留在水面上一直到具有足够数目的纤维堆积时才沉没。有时整个堆积在还没有分散时就沉到储罐的底上。

本发明的综述

本发明可提供一个有效的、低费用的方法和设备以便用来控制纤维在纤维增强预制品内的沉积。

在一个实施例中，有一主筛网被放置在一个充有液体的储罐内。该主筛网有一主表面、直立的侧壁和多个在其内制成的孔眼。增强纤维被加入到液体内以便造成淤浆。主筛网通过淤浆被提升到一个在淤浆顶面之下的水平，从而使增强纤维沉积在筛网上。有一保持筛网被插入到淤浆内，使增强纤维被夹在主筛网和保持筛网之间。这两个筛网同时被提升到储罐外，这样就可有效地制成一个纤维增强的预制品而只有极小的变形。

在另一个实施例中，该设备包括一个位在主筛网附近的扼流筛网，以便当主筛网被拉动通过淤浆时用来减少通过主筛网那部分的液体的流动。为了使预制品的壁厚优化，在扼流筛网上制出的孔眼，与主筛网上制出的孔眼相比，前者的位置可偏移，大小可不同。

在另一个实施例中，设有一个工作单元，该工作单元包括一个设置在淤浆储罐和炉子之间的转台以便有效地大量生产预制品。

在另一个实施例中，该设备包括一个起泡器控制装置和分隔的起泡区域。控制装置能够按程序对每一个起泡区域以变化的压力和持续时间对空气的破裂进行调整。根据预制品的几何尺寸，通过使用一定的起泡器控制次序可以使淤浆的均匀性最大化。