[发明专利]短纤维复合材料及用于制作短纤维复合材料的方法和系统

说明书

提供了短纤维复合材料及用于制作短纤维复合材料的方法和系统。一个实施例是用于形成短纤维复合物的方法。该方法包括在基部上形成随机取向的干燥纤维底基，响应于压力将树脂抽吸到底基中以形成浸渍有热固性树脂的随机取向的纤维的混合物，在维持混合物处的纤维长度的同时扰动混合物并使混合物脱气，以及挤出混合物以形成预制体。

技术领域

本公开内容涉及纤维增强复合物领域，并且具体地，涉及短纤维增强复合材料。

背景技术

诸如碳、玻璃、凯夫拉尔(Kevlar)等的许多纤维材料用于各种目的，以便减轻重量，同时提供期望水平的结构性能。例如，连续纤维复合零件利用在层中取向的各个碳线股(strands，束)。每个层内的碳纤维线股是平行的，并且在期望的方向上延伸数英尺或甚至数百英尺。每个层中的纤维相对于特定的载荷力方向增强所得复合零件的强度。通过组合具有不同纤维取向的层，可以制作在各种方向上显示结构强度的复合零件。

虽然连续纤维复合零件是非常期望的，但是在某些应用中它们在经济或技术上可能不可行。例如，制作在多个方向上显示强度的特别窄或小的连续纤维复合零件可能不经济。因此，短纤维复合材料可以用于此类复合零件。短纤维复合材料与连续纤维材料的不同之处在于，短纤维材料利用的长度明显短于连续纤维材料。短纤维在四分之一英寸到八分之一英寸长内变化。短纤维材料和连续纤维材料之间的另外的不同在于，短纤维材料内的各个纤维显示随机取向，并且因此在逐层的基础上不平行。这些物理特性使得短纤维材料基本上是各向同性的。这些特性还使得短纤维材料相对于连续纤维复合物不期望地显示出降低的强度。

因此，短纤维复合零件的设计人员继续寻求将增加强度的对短纤维复合材料的增强手段。

发明内容

本文所述的实施例提供短纤维复合材料，其利用与高压挤出组合的加压树脂浸渍。该技术显著增加树脂穿透到随机取向的短纤维的干燥纤维底基中的量。增加树脂浸渍量会降低所得混合物的孔隙率，并且从而增强由混合物固化的所得短纤维复合零件的结构性能。

一个实施例是用于形成短纤维复合物的方法。该方法包括在基部上形成随机取向的干燥纤维的底基，响应于压力将树脂抽吸到底基中以形成浸渍有热固性树脂的随机取向的纤维的混合物，在维持混合物处的纤维长度的同时扰动混合物并使混合物脱气，以及挤出混合物以形成预制体。

另一个实施例是材料。该材料包括具有小于一体积百分比的孔隙率的复合零件。复合零件包括：随机取向的纤维的基体，每个纤维均小于二分之一英寸长；以及分布在整个纤维中的热固性树脂。

另一个实施例是包括树脂浸渍器的系统。该树脂浸渍器包括基部，迫使热固性树脂通过基部处的随机取向的干燥纤维的底基以在基部处形成被浸渍纤维的混合物的压力源，以及用于空气从纤维底基离开设备的出口路径。设备还包括挤出机。挤出机包括尺寸适于接收混合物的端口，以及第一区域，该第一区域包括由端口给料的第一螺旋推进器，该第一螺旋推进器在维持混合物处的纤维长度的同时混合混合物，并使混合物朝向第二区域移动，该第一区域进一步包括从第一区域去除气体的真空端口。挤出机还包括第二区域，该第二区域包括第二螺旋推进器，该第二螺旋推进器在维持混合物处的纤维长度的同时以大于第一压缩压力的第二压缩压力扰动混合物。第二螺旋推进器使混合物朝向挤出机模具喷嘴移动。第二区域还包括围绕第二螺旋推进器的加热的壳体。挤出机进一步包括具有用于混合物离开挤出机的孔口并附接到第二区域的挤出机模具喷嘴。