用于形成增強的拉擠型材的方法技術

提供了用于形成含有至少一個連續纖維層和至少一個不連續纖維層的型材的方法和設備?？梢赃x擇性地控制所述方法的特征以獲得具有提高的橫向強度和撓曲模量的型材。所述連續纖維層可以由一個或多個含有埋入熱塑性聚合物基體內的纖維的連續纖維增強帶(“CFRT”)形成，由此使空隙率最小化進而使撓曲模量最優化。此外，將所述帶進行合并從而使所述連續纖維以基本上縱向（例如拉擠方向）排列保持固定。除增強型材的拉伸性能外，這樣的帶的使用還允許在將它們放置到拉擠模具內所期望的位置中時改進操控性。還將所述不連續纖維以有助于多個層的結合從而獲得所需強度的方式包埋在熱塑性基體內。至少部分纖維沿橫向取向以提供提高的橫向強度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請本申請要求2010年6月22日提交的臨時申請序列No. 61/357，289的優先權，通過引用將其全部內容并入本文。
技術介紹
通常通過牽拉(“拉擠”)連續纖維穿過樹脂并然后在拉擠模具內將纖維增強樹脂成型來形成纖維增強型材。因為所述型材具有沿機器方向(縱向)取向的連續纖維，它們通常沿機器方向表現出高的拉伸強度。然而，這類型材的橫向強度性能通常是差的，在沿機器橫向(橫向)施加應力時這可導致該材料裂開。就此而言，已進行各種嘗試來沿橫向增強型材。例如，Davies等的美國專利No. 7，514，135描述了通過如下形成的拉擠部件提供沿縱向拉擠方向延伸的增強粗紗(roving)的第一層并在第一層上形成第二層，第二層含有至·少一些沿橫向延伸的增強纖維。然而，這種方法的一個問題是其依賴于熱固性樹脂來有助于獲得所需強度性能。這樣的樹脂在制造期間難以使用并且不總是具有與其它材料形成層的良好結合性能。此外，該文中所描述的方法存在的問題還在于難以在選擇性的位置(例如它們所需之處)施加橫向纖維。如此，目前對形成含有連續纖維層和不連續纖維層的拉擠型材的方法和設備的存在需要。專利技術概述根據本專利技術的一個實施方案，公開了一種形成具有截面形狀的拉擠型材的方法。該方法包括沿縱向牽拉連續纖維帶穿過拉擠模具，其中所述連續纖維帶含有基本上沿縱向取向且埋入第一熱塑性聚合物基體內的連續纖維。將不連續纖維材料引入該拉擠模具中，其中所述不連續纖維材料含有包埋在第二熱塑性基體內的不連續纖維。在該拉擠模具內，將所述不連續纖維材料和連續纖維帶組合以形成型材的第一層和第二層。第一層設置成與第二層相鄰并且含有不連續纖維材料。第二層包括連續纖維帶。根據本專利技術的另一個實施方案，公開了一種形成型材的拉擠設備。該設備包含限定出內部空腔的拉擠模具，經配置以牽拉一個或多個連續纖維帶穿過拉擠模具的所述內部空腔的牽拉裝置，經配置以將不連續纖維材料擠出到拉擠模具的所述內部空腔中的十字頭擠出裝置，和設置在拉擠模具的所述內部空腔內的心軸。該心軸具有第一部分(section)和第二部分，將不連續纖維材料配置成在第一部分上流動以形成型材第一層，將連續纖維帶配置成在第二部分上流動以形成型材第二層。下面更為詳細地給出本專利技術的其它特征和方面。附圖簡要描述包括參照附圖，在本說明書的其余部分中更具體地給出本專利技術的全部和實施內容，包括對本領域技術人員而言其最佳的模式，其中圖I是可用于本專利技術的拉擠系統的一個實施方案的示意性描述；圖2是用于本專利技術的浸潰系統的一個實施方案的不意性描述；圖3A是圖2中所示的浸潰模具的截面圖3B是可用于本專利技術的浸潰模具的歧管組件和澆道的一個實施方案的分解圖；圖3C是可用于本專利技術的至少部分限定出浸潰區的板片(plate)的一個實施方案的透視圖；圖4是可用于本專利技術的預成型和拉擠模具的一個實施方案的側視圖，其中在連續和不連續纖維材料穿過模具時對它們的流動進行了描述；圖5是圖4模具的透視圖；圖6是可用于本專利技術使不連續纖維層成型的心軸的一個實施方案的頂視圖，其中 在不連續纖維材料經過心軸時也對其流動進行了描述；圖7是圖6心軸部分的透視圖；圖8是可用于本專利技術將連續纖維層成型的心軸部分的一個實施方案的分解透視圖，其中在連續纖維材料經過心軸時也對其流動進行了描述；圖9是圖8心軸部分的透視圖；附圖說明圖10是圖8心軸部分的另一個透視圖，其中圖IOA顯示了心軸部分的右透視圖，圖IOB顯示了左透視圖；圖11是可以根據本專利技術形成的矩形中空型材的一個實施方案的截面圖；圖12是可以根據本專利技術形成的矩形中空型材的另一個實施方案的截面圖；圖13是可用于形成圖12型材的預成型和拉擠模具系統的一個實施方案的側視圖；圖14是圖13的預成型和拉擠模具系統的透視圖；圖15是可以根據本專利技術形成的矩形中空型材的又一個實施方案的截面圖；圖16是可以根據本專利技術形成的L形中空型材的一個實施方案的截面圖；圖17是可以根據本專利技術形成的U形實心型材的一個實施方案的截面圖；圖18是可以根據本專利技術形成的矩形實心型材的一個實施方案的截面圖；圖19是可以根據本專利技術形成的I形實心型材的一個實施方案的截面圖；本說明書和附圖中重復使用的參考標記意欲表示本專利技術的相同或類似的特征或要素。代表性實施方案的詳述定義如本文所使用的，術語“型材”通常是指拉擠部件。型材可以是中空或實心，并且可以具有多種截面形狀，例如方形、矩形、圓形、橢圓形、三角形、I形、C形、U形、J形、L形、帶有槽(slotted)等。這樣的型材可以用作窗線(window lineals)、鋪板(decking plank)、欄桿、支柱、屋頂瓦、護墻板、裝飾板、管、圍欄、柱子、燈柱、公路標識牌、路邊標志桿等的結構件。如本文所使用的，術語“中空”通常是指型材內部的至少一部分是空隙空間?？障犊臻g可以任選地延伸型材的整個長度。如本文所使用的，術語“連續纖維”通常是指具有通常僅受部件長度限制的長度的纖維、細絲、紗線或粗紗(例如纖維束)。例如，這類纖維可以具有大于約25毫米，在一些實施方案中，約50毫米或更大，在一些實施方案中，約100毫米或更大的長度。如本文所使用的，術語“不連續纖維”通常是指不連續的纖維、細絲、紗線或粗紗。這類纖維典型地具有約25毫米或更小的長度。例如，不連續纖維可以包括短纖維或長纖維。“長纖維”典型地是具有約O. 5-約25毫米，在一些實施方案中，約O. 8-約15毫米，和在一些實施方案中，約I-約12毫米的長度的那些纖維?！岸汤w維”典型地是具有約O. 5毫米或更小，在一些實施方案中，約O. Ol-約O. 4毫米，和在一些實施方案中，約O. 05-約O. 3毫米的長度的那些纖維。詳述本領域普通技術人員應理解，目前的論述僅僅是示例性實施方案的描述，并且不意欲限制本專利技術的更寬泛方面?？傮w而言，本專利技術涉及形成型材的方法和設備，所述型材含有至少一個連續纖維層和至少一個不連續纖維層。選擇性地控制該方法的各個特征以獲得具有提高的橫向強度和撓曲模量的型材。例如，連續纖維層由一個或多個含有埋入熱塑性聚合物基體內的纖維的連續纖維增強帶(“CFRT”)形成。所述纖維通過使空隙率最小化并進而使撓曲模量最優·化的方法包埋在基體內。此外，將所述帶合并(consolidate)使得連續纖維以沿基本上縱向(例如拉擠方向)排列保持固定。除提高型材的拉伸性能外，這樣的帶的使用還允許連續纖維材料得以更容易地操控和放置到拉擠模具內所期望的位置中。不連續纖維也包埋在熱塑性基體內。尤其地，這可以有助于多個層的結合使得不需要粘合劑來獲得所需強度。此夕卜，不是沿縱向取向，而是至少部分纖維沿橫向取向以提供提高的橫向強度。通過本專利技術的方法和設備，許多復雜的形狀和尺寸的成形在困難很小并且沒有不利地影響所得型材強度性能的情況下成為可能。現在將更為詳細地描述本專利技術的各個實施方案。型材中所用的連續纖維和不連續纖維可以由相同或不同的材料形成。這類材料可以包括本領域已知的任何常規材料，例如金屬纖維；玻璃纖維(如E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、SI-玻璃、S2-玻璃)，碳纖維(如石墨)，硼纖維，陶瓷纖維(如氧化招或二氧化娃)，芳族聚酰胺(aramid)纖維(如 E. I.duPont de本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·M·尼爾森，D·W·伊斯特普，T·A·里甘，
申請(專利權)人：提克納有限責任公司，
類型：
國別省市：