[发明专利]一种用于压缩成模的方法和合成物

说明书

通过压缩成模形成纤维加强合成部件的方法，尤其有利于形成包括偏离轴，平面外或者小而复杂的特征件的部件。根据该方法，非流动长纤维束和流动长纤维束位于模具中，其中该流动长纤维束位于小特征件的近端。该非流动纤维束的长度约等于该模具中长特征件的长度。该流动纤维束的长度长于该小特征件的长度。在加热和加压环境下，树脂软化，并且来自该流动长纤维束的纤维流入该小特征件内。

相关案件声明

本申请要求2018年7月12日递交的美国专利申请62/697,070的优先权，该申请以引用形式并入本文。

技术领域

本申请涉及压缩成模。

背景技术

现有技术存在多种利用如纤维加强塑料等合成材料制作部件的方法。其中一个方法为压缩成模。在压缩成模过程中，原材料被置于模具中，然后被加热和压缩。

对于纤维加强合成材料，将纤维和树脂(或者纤维预浸材料)置于模具中。根据要成型的部件的几何形状以及该部件在使用过程中要承受的压力，可以采用预成型为该模具的短切纤维，任意定向纤维或者长纤维。该模具基于采用的树脂会保持封闭一段时间，然后会进行加热和冷却循环。这确保了树脂有时间流过该模具，从而填充任何空隙。在这期间，树脂硬化并生成固态模制塑料部件。

在压缩成模中应用纤维加强合成物具有一定的挑战。例如，空隙的存在会影响到部件的强度。例如，如果树脂在硬化之前不能达到足够低的粘度，就会产生空隙。此外，使树脂流入到具有很小特征件，或者相对于该部件主体不在同一平面的特征件的模具的各部分就会带来问题。此外，虽然树脂基体在使该部件整体化过程中具有重要作用，但强度的增加还是首要归因于纤维的存在。因此，如果最终部件中纤维分布不合理，即使只包括最小的空隙，该部件的强度也会受到影响。

发明内容

本发明提供了应用于压缩成模环境中的方法和合成物，该方法和合成物避免了现在技术中的一些缺点。根据本申请启示的方法和合成物采用“非流动长”纤维以及“流动长”纤维。在一些实施例中，提供了一种用于“布局”纤维束的方法。在其他一些实施例中，提供一种包括纤维束的布局。在一些实施例中，该方法和该合成物通过压缩成模提供改进的纤维加强合成部件。本申请公开的方法和合成物尤其有利于形成包括偏离轴，平面外或者小而复杂的特征件的部件。

在任一端具有相对较小腔体(相对于横梁)的横梁在被模制过程中，发明人发现与横梁具有大概相同长度的纤维束不会流入到该腔体内，而树脂会流入到该腔体内。事实上，这些相对较长的长纤维束根本不会流动。然而，发明人发现，当将相对较短的纤维束添加至该模具并且沿该长纤维束设置时，该相对较短的纤维优选会流入并且填充该腔体。虽然这些较短的纤维束相对于主特征件，即横梁,是“非长纤维”，然而它们相对于小特征件，即腔体而言，是“长纤维”。换言之，较短的纤维束略微长于该腔体。

在本申请中和所附权利要求书中，由于上文已说明的理由，相对于模具中的一个或多个小特征件而言较长(但相对于模具的主特征件较短)的较短纤维/纤维束被称为“流动长”纤维或者纤维束。而延伸该模具的主特征件的整个长度并且在压缩成模工艺中不会“流动”的相对较长的纤维束在本申请中及所附权利要求中被称为“非流动长”纤维或纤维束。需要说明并且比较重要的，本文采用的术语“流动长纤维”不同于“短切纤维”。通常情况下，同时也是非必要的，短切纤维短于流动长纤维，该流动长纤维因该小特征件的尺寸而定。此外，短切纤维在模具(以及在模制部件)中具有任意方向，而在本申请实施例中，流动纤维要特别对齐，从而最大化强度和硬度。

只要该流动长纤维的长度足以超出其欲填充的腔体的限制，就会发现这种流动纤维会通过交叠的方式与非流动长纤维以及树脂基体本身发生缠绕。这种流动长纤维欲与该树脂流动方向对齐，这会增加小特征件的强度和硬度。

发明人发现，“开口”的置位策略(通常位于该小特征件的远端)有利于使纤维流入至该小特征件。更具体地，开口有利于在小特征件形成并维持相对于大特征件更低的压强区域。这种压强差有利于树脂及随之的合适长度的纤维(即流动长纤维)进行流动。