[发明专利]碳纤维预浸料坯及其制造方法

说明书

提供了由具有增强的流动性和可塑性的碳纤维预浸渍复合前体材料(预浸料坯)生产的部件以及方法。间断切口区被引入到预浸料坯中。预浸料坯的薄片可以与具有多个非连续交错切割器的图案化表面接触，从而该接触在预浸料坯中创建出间断切口。多个交错间断切口区形成在多个连续碳纤维中，多个连续碳纤维限定出具有第一长度的第一多个碳纤维以及具有第二不同长度的第二多个碳纤维。图案化表面可以设置在切割器装置上，切割器装置是其上形成或者设置有非连续交错切割器的辊子或者板。形成在预浸料坯中的间断切口区在形成碳纤维聚合物复合材料时减小刚度并且提高可塑性/流动性，同时保持高强度水平。

技术领域

本公开涉及用于处理连续碳纤维的方法，连续碳纤维用在具有改进的可塑性和模制零件中的减小的翘曲的高强度聚合物复合材料预浸料坯中。

背景技术

本节内容提供与本公开有关的却不一定是现有技术的背景信息。

碳纤维用作轻质增强相来制作高强度轻质聚合物复合材料。碳纤维可以是长度可能为数千微米(μm)或者毫米(mm)的连续长丝。通常将一组连续碳纤维归类为一束连续碳纤维长丝。碳纤维“丝束”通常被指定为数千计的长丝数量(由相应丝束数量后面的K表示)。可替代地，碳纤维束可以被斩断或者碾断，并且因此形成通常具有在50μm(约0.002英寸)与50mm(约1.97英寸)之间的平均纤维长度的短碳纤维段(长丝或者束)。尽管包含碳纤维的复合材料全都是轻质的和高强度的，但与包含被斩断或者碾断的碳纤维的复合材料相比，包含连续碳纤维长丝的复合材料具有尤其高的强度。作为非限制性示例，代表性单向连续碳纤维长丝在被并入到复合材料中时具有约1500MPa至2000MPa的超高极限抗张强度，而被斩断的碳纤维具有约200MPa至350MPa的极限抗张强度。

可以通过使用增强材料的薄片或者条(诸如，具有连续碳纤维的碳纤维基材料)来形成复合制品或者部件。聚合物前体(诸如，树脂)可以被预浸渍在碳纤维基基底材料系统中，这称为预浸渍(被称为“预浸”)，这涉及在第一步中使树脂在碳纤维基基底材料中润湿，然后可选地卷起碳纤维基基底材料，并且将其储存起来以供随后使用。

尽管在某些应用中与碳纤维复合材料相关联的超高强度是令人高度期望的，但使用连续碳纤维复合材料预浸料坯的一个挑战在于：由于包含连续碳纤维的复合材料预浸料坯可能非常僵硬并具有高度抗流性，所以缺乏流动性和可成形性。这种不灵活性和刚性可能导致较差的可塑性，从而使得难以从具有连续碳纤维的复合材料形成三维形状。进一步地，预浸材料中流动性的缺乏可以导致最终复合材料产品中的翘曲以及具有不合意表面外观的问题。令人期望的是形成具有较高流动性以及因此较大可塑性的连续碳纤维预浸材料，其能够容易地形成具有超高强度的复杂三维形状部件。

发明内容

本节内容提供本公开的简要概述，并且不是其全部范围或者全部特征的全面公开。

在各个方面中，本公开提供一种用于生产具有增强可塑性的碳纤维预浸渍复合前体材料的方法。该方法包括：使包括多个连续碳纤维和聚合物材料前体的碳纤维预浸渍复合前体材料的薄片与具有多个非连续交错切割器的图案化表面接触。该接触在碳纤维预浸渍复合前体材料中创建出间断切口。在某些方面中，该接触切割碳纤维预浸渍复合前体材料以便在多个连续碳纤维中形成多个交错间断切口区。因此，多个连续纤维包括：具有第一长度的第一多个碳纤维、以及具有第二不同长度的第二多个碳纤维。

在其它方面中，本公开提供一种具有增强可塑性的碳纤维预浸渍复合前体材料。前体材料包括薄片，该薄片包括多个连续碳纤维和聚合物材料前体。多个连续碳纤维具有多个交错间断切口区，该多个交错间断切口区限定出具有第一长度的第一多个碳纤维以及具有第二不同长度的第二多个碳纤维。