[其他]纤维增强复合材料及其制造方法

说明书

本发明涉及纤维增强复合材料及其制造方法。

需要承受重负荷的结构部件，如汽车壳体或框架、机械、建筑等，通常必需压制成相当复杂的形状，因此，这些结构部件相对地较重，加工这些部件所需的机械和工具必然是复杂的和昂贵的，早已知道，由复合材料，如复合玻璃纤维和树脂基体，所制成的结构材料可以制造重量大大减轻的结构部件，所需的机械及模具也较便宜等，因此，由此所得的结构部件可能比由钢铁制成的结构件部便宜。但是，这类结构复合材料已被证明需要非常强的劳动强度，这是由于这类结构复合材料的大多数实用的制造方法是需将骨架纤维成形至毡垫或织物，再将毡垫或织物浸渍树脂，然后手铺到支承物或模壳上。

不仅由于手铺的方法需要极大劳动强度，而且不能实现这类复合材料潜在的强度，这些织物或毡制布在二维方向具有极好的强度的同时，但由于采用了手铺的方法，其固有的特点是在深度方向不具有增强纤维，也即这些结构复合材料在二维方向有较好强度时，在第三维方向强度较弱。因此，用结构复合材料代替钢制造的结构部件，如汽车壳体，不能得到很好的应用。

本发明的目的是提供一种在三维方向在本质上具有相同强度的结构复合材料及其制造方法，该结构复合材料能在各不相同弯曲条件下制造成能载负荷的复杂外形，该方法允许采用劳动节省、高速自动化技术制造这类结构的复合材料，按本发明制造的随机整理的气流法纤维网状物或纤维层具有大量的向纤维的向纤维层深度方向分布的纤维，因此纤维在全部三维空间相互交织，并可以在制得的纤维层后，施加某些热塑性纤维或一种垫塑性材料，如果需要，然后将纤维层加热至足够稳定纤维层中的热塑性材料的较低温度，以使处理纤维层时它将不会裂开，再将纤维层传送到一个通气的模具中，该模具带有具有所需结构件形状的支承屏，然后将热空气通过纤维层和支承屏，足以将纤维层压到支承屏上，在没有充分压缩纤维层中的纤维条件下，加热纤维层到足以熔融纤维层至所需的形状，也就是在被熔融成可处理物件的同时，在通气模具中制得的预型件仍保持多孔隙特性，然后将预型件传送到一个可变压缩的树脂注入模具，由于纤维层在压制成预型件形状时没有完全被压缩，树脂基质将填满纤维间的孔隙并很易使预型件浸透。当预型件被树脂基质浸透时，将预型件压缩到所需的厚度，从而得到最终制品。纤维层中纤维的压缩将增加它们的纤维浓度，因此将增加由此形成的结构制品的强度。在用树脂饱和之前保持未压缩预型件的多孔隙结构，将使预型件很容易接收树脂，因为预型件已被加热到足以使热塑性树脂材料熔融的温度，所以预型件中的纤维能够承受树脂基质注入时所产生的压缩力，但应挑选树脂基质，这种树脂基质无论是有较低的粘度，或者在加热到低于预型件中所用的热塑性纤维或材料的熔点温度时具有较低的粘度。

本发明的另一个优点是所需制品可以得到纤维混合物中各组分需要的特性。例如，玻璃纤维刚性较好，通常将它制成结构复合材料，但是，玻璃纤维的冲击强度较低，所以由玻璃纤维复合材料制成的制品相当地容易破碎。当采用玻璃纤维和另外一种与玻璃纤维相比弹性较好、抗冲击强度较高的纤维的混合物制造上述纤维层时，这种制品在具有较好刚性同时还具有高的冲击强度。

下面将结合实施例的附图对本发明作进一步说明。

图1是一种气流法无纺纤维层形成装置示意图的一个剖面图。

图2是传送装置的视图，该传送装置用于从图1所示装置中移去形成的纤维层。

图3是一种外形模具图解描述的剖面图，该模具用于压制由图1装置得到的纤维至预型件。

图4是一种树脂注入模具图解描述的剖面图。

图5是图4中密封圈122和树脂注入咀124的俯视图。

附图1是美国专利3918126所述的气流法无纺纤维层形成装置10，该气流法无纺纤维层形成装置包括进料装置12和纤维层形成装置14。